無線接入技術-Zigbee技術

無線接入技術

——ZigBee技術ZigBee技術簡介—ZigBee是什么？2ZigBee技術簡介—短程無線網(wǎng)絡標準3ZigBee和802.15.4標準都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250K，與其他無線技術比較，適合傳輸距離相對較近；ZigBee無線技術適合組建WPAN網(wǎng)絡，就是無線個人設備的聯(lián)網(wǎng)，對于數(shù)據(jù)采集和控制信號的傳輸是非常合適的。ZigBee技術的應用定位是低速率、復雜網(wǎng)絡、低功耗和低成本應用。ZigBee技術簡介—短程無線網(wǎng)絡標準4ZigBee堆棧是在IEEE802.15.4標準基礎上建立的，從下往上依次是物理層，MAC層，網(wǎng)絡/安全層，應用支持子層，應用層。物理層MAC層網(wǎng)絡層安全層應用層應用支持子層ZigBee聯(lián)盟IEEE802.15.4用戶硬件實現(xiàn)ZigBee平臺通信棧應用層5ZigBee協(xié)議層作用物理層MAC層網(wǎng)絡/安全層支持/應用層作用：作用：作用：作用：物理層是協(xié)議的最底層，承付著和外界直接作用的任務。主要目的：控制RF收發(fā)器工作。負責設備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護和結束確認模式的數(shù)據(jù)傳送和接收。建立新網(wǎng)絡，保證數(shù)據(jù)的傳輸。對數(shù)據(jù)進行加密，保證數(shù)據(jù)的完整性。應用支持層根據(jù)服務和需求使多個器件之間進行通信。應用層主要根據(jù)具體應用由用戶開發(fā)。67ZigBee技術簡介—短程無線網(wǎng)絡標準8

ZigBee和802.15.4標準都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250K，與其他無線技術比較，適合傳輸距離相對較近；

ZigBee無線技術適合組建WPAN網(wǎng)絡，就是無線個人設備的聯(lián)網(wǎng)，對于數(shù)據(jù)采集和控制信號的傳輸是非常合適的。

ZigBee技術的應用定位是低速率、復雜網(wǎng)絡、低功耗和低成本應用。ZigBee技術簡介—短程無線網(wǎng)絡標準9ZigBee技術簡介—無線網(wǎng)絡標準的比較10ZigBee無線的傳輸帶寬在20-250KB/s范圍，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的傳輸；ZigBee無線可以組建大規(guī)模網(wǎng)絡，網(wǎng)絡節(jié)點容量達到65535個，具有非常強大的組網(wǎng)優(yōu)勢；ZigBee技術特有的低功耗設計，可以保證電池工作很長時間。ZigBee技術簡介—無線網(wǎng)絡標準的比較11ZigBee技術在低功耗、低成本和組網(wǎng)能力具有無可比擬的應用優(yōu)勢。ZigBee技術簡介—ZigBee技術優(yōu)勢12ZigBee技術簡介—頻帶和帶寬ZigBee無線可使用的頻段有3個，分別是2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz頻段、以及美國的915MHz頻段，而不同頻段可使用的信道分別是16、1、10個；ZigBee在中國采用2.4G的ISM頻段，是免申請和免使用費的頻率，在2.4G的頻段上具有16個信道，帶寬為250K。13ZigBee技術簡介—無線信道ZigBee在2.4G的頻段上具有16個信道，從2.405GHz—2.480GHz間分布，信道間隔是5M，具有很強的信道抗串擾能力。14網(wǎng)絡協(xié)調器全功能設備(FFD,Router):可以支持任何一種拓撲結構，可以作為網(wǎng)絡協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設備進行通信

精簡功能設備(RFD)：只支持星型結構，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡協(xié)商者進行通信，實現(xiàn)簡單。

星型網(wǎng)狀型簇狀型ZigBee技術簡介—網(wǎng)絡結構15ZigBee技術具有強大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實際項目需要來選擇合適的網(wǎng)絡結構；

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構的網(wǎng)絡具有強大的功能，網(wǎng)絡可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡；網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能；星型和族樹型網(wǎng)絡適合點多多點、距離相對較近的應用。ZigBee技術簡介—網(wǎng)絡結構16網(wǎng)絡協(xié)調器：包含所有的網(wǎng)絡消息，是3種設備類型中最復雜的一種，存儲容量最大、計算能力最強。發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立一個網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡節(jié)點、存儲網(wǎng)絡節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。全功能設備(FFD)：可以擔任網(wǎng)絡協(xié)調者，形成網(wǎng)絡，讓其它的FFD或是精簡功能裝置（RFD）連結，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。附帶由標準指定的全部802.15.4功能和所有特征更多的存儲器、計算能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡路由器作用。也能用作終端設備精簡功能設備(RFD)：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。附帶有限的功能來控制成本和復雜性在網(wǎng)絡中通常用作終端設備。ZigBee相對簡單的實現(xiàn)自然節(jié)省了費用。RFD由于省掉了內存和其他電路，降低了ZigBee部件的成本，而簡單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。ZigBee技術簡介—網(wǎng)絡設備類型17設備類型拓撲類型可否成為網(wǎng)絡協(xié)調器通話對象全功能器件（FFD）星形，樹形，網(wǎng)狀可以任何ZigBee設備簡化功能器件（RFD）星形不可以只能與協(xié)調器通話ZigBee技術簡介—網(wǎng)絡設備功能

ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器也就是網(wǎng)絡的中心節(jié)點；

ZIGBEE全功能設備(FFD)也就是網(wǎng)絡中的路由或中繼；精簡功能設備(RFD)也就是網(wǎng)絡中的終端節(jié)點。18ZigBee技術簡介—傳輸類型

周期性數(shù)據(jù)：傳感器數(shù)據(jù)、水電氣表數(shù)據(jù)、儀器儀表數(shù)據(jù)間段性數(shù)據(jù)：工業(yè)控制命令、遠程網(wǎng)絡控制、家用電器控制反復性低反應時間數(shù)據(jù)：如鼠標鍵盤數(shù)據(jù)、操作桿的數(shù)據(jù)

19ZigBee技術簡介—應用條件

設備成本低、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小設備體積小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡中的設備非常多，但僅僅用于監(jiān)測或控制20ZigBee技術簡介—應用項目21ZigBee技術簡介—應用項目22ZigBee技術優(yōu)勢23ZigBee技術優(yōu)勢—與FSK電臺的比較24ZigBee技術優(yōu)勢—與藍牙的比較25ZigBee技術優(yōu)勢—與WLAN共存ZIGBEE和WLAN共同工作在2.4G的頻段，利用ZIGBEE的#15、#20、#25和#26信道，可有效避免與802.11b的信#1、#6、#11信道的相互干擾。

26ZigBee技術優(yōu)勢—通信可靠性保證27ZigBee技術優(yōu)勢—通信可靠性保證28ZigBee技術優(yōu)勢—通信可靠性保證29ZigBee技術優(yōu)勢—通信可靠性保證30

ZIGBEE技術的抗干擾設計

ZIGBEE在物理層采用高處理增益的直序/頻率快變DS/FA技術（DirectSequence/FrequencyAgility）；

ZIGBEE的處理增益最大，抗干擾和抗多徑時延擴展的能力也越強；

ZIGBEE具備的頻率快變就是改變頻率，以避開從一個已知干擾源或信號源來的影響的能力；實驗證明IEEE802.15.4/ZigBee的誤碼率，特別是在信噪比為4dB的情況下可達到10-9；達到同樣誤碼率，藍牙/802.15.1信噪比要達16dB，802.11b要達10dB，ZIGBEE的抗干擾性能明顯高于藍牙和WLAN技術。

ZigBee技術優(yōu)勢—通信可靠性保證31ZigBee技術優(yōu)勢—無線網(wǎng)狀網(wǎng)32MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構的網(wǎng)絡具有強大的功能，網(wǎng)絡可以通過“多級跳”的方式來通信；

Mesh是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c對點的網(wǎng)絡結構，其路由可自動建立和維護；

MESH網(wǎng)絡機構還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡，具有很大的路由深度和網(wǎng)絡節(jié)點規(guī)模；

MESH網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能。ZigBee技術優(yōu)勢—無線網(wǎng)狀網(wǎng)33ZigBee技術應用—結合GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸34系統(tǒng)概述

利用GPRS網(wǎng)絡傳輸基于Zigbee無線傳感器匯節(jié)點數(shù)據(jù)的完整無線網(wǎng)絡設計，網(wǎng)絡采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲和需求時喚醒Zigbee模塊的通信方式，有效降低了每個Zigbee傳感器節(jié)點的功耗，減少了傳感器節(jié)點向匯節(jié)點上報數(shù)據(jù)時相互碰撞的概率，并利用GPRS網(wǎng)絡傳輸匯節(jié)點的數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡需要依托有線公共網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗?，使網(wǎng)絡具有非常顯著的優(yōu)點；利用ZIGBEE技術優(yōu)勢組建無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，并可以按照區(qū)域布置不同的匯接點，這個匯接點就是ZIGBEE的中心節(jié)點；遠程管理中心通過GPRS等公共信道與ZIGBEE網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程通信，通過GPRS網(wǎng)絡獲取采集到的相關信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。ZigBee技術應用—結合GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸35

系統(tǒng)應用

無線傳感器網(wǎng)絡WSN

遠程數(shù)據(jù)采集遠程控制網(wǎng)絡遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)遠程集抄系統(tǒng)ZigBee技術應用—結合GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸36ZigBee技術應用—倉庫監(jiān)測37ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復雜度的無線網(wǎng)絡技術；

ZigBee采取了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本又低的規(guī)格。ZigBee技術應用—倉庫監(jiān)測38ZigBee技術應用—醫(yī)療監(jiān)護39ZigBee技術應用—醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)概述

利用ZIGBEE技術組成一個網(wǎng)狀路由網(wǎng)絡，在樓道設置合適的路由節(jié)點，進行數(shù)據(jù)的中轉；房間內的呼叫節(jié)點采用星型網(wǎng)絡連接，由其中一個節(jié)點作為ZIGBEE路由器，負責與中心網(wǎng)絡的連接和數(shù)據(jù)中繼轉發(fā)；所有的ZIGBEE路由器組成一個蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡，再與ZIGBEE中心節(jié)點連接，中心節(jié)點設置在管理中心，構建成一個完整的ZIGBEE無線網(wǎng)絡，是個通信非常可靠的網(wǎng)絡結構。系統(tǒng)應用

醫(yī)院醫(yī)療監(jiān)護醫(yī)療儀器數(shù)據(jù)采集40ZigBee技術應用—安防報警ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復雜度的無線網(wǎng)絡技術；

ZigBee采取了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本又低的規(guī)格。41ZigBee技術應用—無線點餐42ZigBee技術應用—無線點餐

系統(tǒng)概述

餐廳ZigBee無線節(jié)點網(wǎng)絡，通過在餐廳、吧臺、廚房、收銀臺、處理中心部署的ZigBee節(jié)點設備構成了完整的無線通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)了信息處理的自動化；內置無線ZIGBEE通信模塊的手持點餐終端，服務員通過手持的點餐終端處理顧客的點單，用戶訂單通過終端和大廳內的ZigBee網(wǎng)絡自動的上傳到廚房和收銀臺；無線通信系統(tǒng)的ZIGBEE中心節(jié)點、無線ZIGBEE路由和無線點餐終端，夠構成一個蜂窩狀的通信網(wǎng)絡，任何一個節(jié)點以多調方式實現(xiàn)通信。其中任何一個ZIGBEE路由器，負責與中心網(wǎng)絡的連接和數(shù)據(jù)中繼轉發(fā)；所有的ZIGBEE路由器組成一個蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡，再與ZIGBEE中心節(jié)點連接，中心節(jié)點設置在總服務臺，構建成一個完整的ZIGBEE無線網(wǎng)絡，是個通信非常可靠的網(wǎng)絡結構。

系統(tǒng)應用

餐廳無線點餐系統(tǒng)茶樓.咖啡館.網(wǎng)吧.KTV娛樂場所呼叫系統(tǒng)

43ZigBee技術應用—智能交通44ZigBee技術應用—智能交通45

系統(tǒng)概述

采用ZIGBEE和太陽能結合的無線控制系統(tǒng)，無須挖路布設控制線路，各設備之間實現(xiàn)無線自動組網(wǎng)連接，既降低了系統(tǒng)安裝成本，更重要的是避免了傳統(tǒng)安裝方式對交通干擾所帶來的經(jīng)濟損失，而且也避免了由于城市快速發(fā)展，道路拓展等變化對原有預埋管線的干擾。

系統(tǒng)應用

路口交通信號燈控制遠程交通信號控制道路信息采集不停車收費系統(tǒng)ZigBee技術應用—智能交通46ZigBee技術應用—智能公交47ZigBee技術應用—智能公交48ZigBee技術應用—智能家庭49ZigBee技術應用—智能家庭

家庭無線網(wǎng)絡是指在家庭范圍內，通過先進的無線網(wǎng)絡技術將電腦、家電、安全、照明、娛樂、醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)互連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和管理，并以廣域互聯(lián)網(wǎng)為接口與外界交互信息的一種新興的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)；通過ZIGBEE網(wǎng)絡實現(xiàn)信息設備、通訊設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、保安（監(jiān)控）裝置等設備互聯(lián)，使智能化、人性化的家居生活變成了現(xiàn)實；網(wǎng)絡節(jié)點是指鑲嵌在各種家電、燈具、安防監(jiān)控單元、居室環(huán)境監(jiān)控單元；系統(tǒng)包括：具備多種通訊協(xié)議轉換功能，同時可通過以太網(wǎng)或程控電話網(wǎng)連接內外網(wǎng)和通過無線技術連同內網(wǎng)的網(wǎng)關，具備無線通訊等接口的數(shù)字家電；配有無線接口、可遠程報警的家用安防傳感器設備；具備無線接口的家庭燈光控制器材；可進行防盜、報警等功能設備。50ZigBee技術應用—機房監(jiān)控51ZigBee技術應用—電力測控

電力系統(tǒng)的變電站溫度測控系統(tǒng)，采用新興ZigBee組網(wǎng)技術的無線測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的高壓和超高壓母線、高壓開關接點（以及人員無法接近的其他危險、惡劣環(huán)境）的溫度進行實時在線檢測，經(jīng)過與電力自動化系統(tǒng)連接，在中心監(jiān)控室內就可以監(jiān)視運行狀態(tài)，真正做到了遠距離遙測，當被測點溫度超過預先設定的閥值時，就發(fā)出報警信號及時提醒有關人員采取措施。52ZigBee技術應用—管線監(jiān)測53ZigBee技術應用—管線監(jiān)測系統(tǒng)概述

系統(tǒng)利用ZIGBEE無線網(wǎng)絡特有的技術優(yōu)勢，組建長鏈型網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中多跳路由傳輸；

ZIGBEE中心節(jié)點是數(shù)據(jù)的匯接點，與系統(tǒng)管理中心連接；各監(jiān)測點為ZIGBEE的路由節(jié)點或終端節(jié)點，負責數(shù)據(jù)的收發(fā)或路由。

系統(tǒng)應用

石油、天然氣管道監(jiān)測城市熱氣管道監(jiān)測高壓線路測控路燈測控54ZigBee技術應用—遠程抄表55ZigBee技術應用—遠程抄表56ZigBee技術應用—遠程抄表

系統(tǒng)概述

將zigbee技術與GPRS/CDMA結合起來，根據(jù)抄表用戶的不同分布，來靈活地構建抄表的無線網(wǎng)絡；對于每個抄表終端而言，要求超低功耗、低成本（包括設備成本、運行成本），并且數(shù)據(jù)的傳輸速率不高，對于居民小區(qū)的抄表，抄表終端通常分布較密集、距離較近，zigbee技術可以很好地滿足這些要求；終端采集的數(shù)據(jù)需要送到電力公司的集抄管理中心，這可以通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡來實現(xiàn)，它無距離限制。

系統(tǒng)應用

遠程抄表系統(tǒng)57ZigBee技術應用—門禁考勤58ZigBee技術應用—RFID數(shù)據(jù)傳輸59ZigBee技術應用—水文水利監(jiān)測60ZigBee技術應用—水文水利監(jiān)測

系統(tǒng)概述

ZigBee無線監(jiān)測網(wǎng)絡，這一無線網(wǎng)絡主要由分布在監(jiān)測區(qū)域的各種水位計、雨量計和閘位計組成，各測量單位都配備有低成本的ZigBee遠端節(jié)點用于無線上傳數(shù)據(jù)；監(jiān)測區(qū)域內也按照距離的需要分布有；ZigBee路由節(jié)點組成了無線ZigBee網(wǎng)絡，所有的水文數(shù)據(jù)都可以通過這一網(wǎng)絡上傳到