1、ZigBee技術(shù)與應(yīng)用 -ZigBee系列1,ZigBee技術(shù)與應(yīng)用,ZigBee概念 Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。 其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。 主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。 簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。,ZigBee概述,ZigBee的起源 工業(yè)自動(dòng)化和家庭智能化對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，而藍(lán)牙技術(shù)對(duì)于這一領(lǐng)域顯然有一定的局限。 2002年,zigbee Alliance成立。 Zigbee協(xié)議在20

2、03年正式問(wèn)世。 2004年,zigbee V1.0誕生。 2006年,推出zigbee 2006,比較完善。 2007年底,zigbee PRO推出。,ZigBee概述,ZigBee技術(shù)與應(yīng)用,ZigBee堆棧是在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，從下往上依次是物理層，MAC層，網(wǎng)絡(luò)/安全層，應(yīng)用支持子層，應(yīng)用層。,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee的堆棧架構(gòu),物理層,MAC層,網(wǎng)絡(luò)層,安全層,應(yīng)用層,應(yīng)用支持子層,ZigBee 聯(lián)盟,IEEE 802.15.4,用戶,硬件實(shí)現(xiàn),ZigBee平臺(tái)通信棧,應(yīng)用層,ZigBee協(xié)議層作用,ZigBee技術(shù)體系,物理層,MAC層,網(wǎng)絡(luò)/安

3、全層,支持/應(yīng)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(wù)。 主要目的：控制RF收發(fā)器工作。,負(fù)責(zé)設(shè)備間無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束 確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳送和接收。,建立新網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)的傳輸。 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)的完整性。,應(yīng)用支持層根據(jù)服務(wù)和需求使多個(gè)器件之間進(jìn)行通信。 應(yīng)用層主要根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開(kāi)發(fā)。,ZigBee的頻帶和數(shù)據(jù)傳輸率,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee的頻帶和數(shù)據(jù)傳輸率,1) 868MHZ 傳輸速率為20KB/S 適用于歐洲 2) 915MHZ 傳輸速率為40KB/S 適用于美國(guó) 3) 2.4GHZ 傳輸速率為250KB/S

4、 全球通用 此三個(gè)頻帶物理層并不相同,其各自信道帶寬也不同,分別為 0.6MHZ,2MHZ和5MHZ.分別有1個(gè)10個(gè)和16個(gè)信道. 不同頻帶的擴(kuò)頻和調(diào)制方式有區(qū)別.雖然都使用了直接擴(kuò)頻(DSSS)的方式,但從比特到碼片的變換方式有較大的差別. 調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù),但868MHZ和915MHZ頻段采用的是BPSK 2.4GHZ頻段采用的是OQPSK 在發(fā)射功率為0dBm的情況下,BLUETOOTH通常能用10M的作用范圍. 基于IEEE 802.15.4的zigbee在室內(nèi)通常能達(dá)到30-50米作用距離,在室外如果障礙物少,甚至可以達(dá)到100米作用距離. 所以zigbee可歸為低速率的短距

5、離無(wú)線通信技術(shù).,ZigBee的物理信道,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)絡(luò),與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。 每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)

6、任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線連接。,ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),ZigBee技術(shù)體系,星狀,網(wǎng)狀型,簇狀型,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（發(fā)起、建立、管理網(wǎng)絡(luò)）,全功能設(shè)備(FFD,Router):可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行通信（ZR）,精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD):不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。（ZE）,ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類(lèi)型,ZigBee技術(shù)體系,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類(lèi)型中嘴復(fù)雜的一種，存儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對(duì)節(jié)點(diǎn)間的路由消息、不斷地

7、接收信息。 全功能設(shè)備（FFD）：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他的FFD或是精簡(jiǎn)功能裝置（RFD）連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。 精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類(lèi)型,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)多級(jí)跳的方式來(lái)通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),Zi

8、gBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),ZigBee技術(shù)體系,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),ZigBee技術(shù)體系,ZigBee通信可靠性保證,通信可靠機(jī)制 ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；明晰的信道檢測(cè) MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接受方的確認(rèn)信息。 網(wǎng)絡(luò)的自組織自語(yǔ)能力強(qiáng) ZigBee的自組織功能：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連結(jié)關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)； ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)

9、，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee通信可靠性保證,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee數(shù)據(jù)傳輸率比較,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee數(shù)據(jù)傳輸率比較,ZigBee技術(shù)體系,ZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì),數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB/秒-250KB/秒，專(zhuān)注于低傳輸應(yīng)用 功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)電池可使用6-24個(gè)月 成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本 網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65000個(gè)設(shè)備 時(shí)延短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。

10、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠 數(shù)據(jù)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法（美國(guó)新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一），各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性 工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國(guó)），均為免執(zhí)照（免費(fèi)）的頻段,ZigBee技術(shù)與應(yīng)用,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用條件,低功耗 低成本 較低的報(bào)文吞吐率 需要支持大型網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的數(shù)量級(jí) 對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量QoS要求不高（甚至無(wú)QoS） 需要可選擇的安全等級(jí)（采用AES-128） 加密 發(fā)送鑒別 報(bào)文的完整性 需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用 要求高的

11、網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用場(chǎng)合,低速無(wú)線設(shè)備,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè),消費(fèi)電子,PC 機(jī)的 外圍設(shè)備,家庭 自動(dòng)化,玩具和游戲,個(gè)人 健康監(jiān)護(hù),ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,結(jié)合ZigBee和GPRS的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,基于ZigBee的油田油井遙測(cè)遙控?zé)o線通信,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,ZigBee技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用,液化天然氣罐遠(yuǎn)程監(jiān)控,汽油管線的腐蝕監(jiān)測(cè),潤(rùn)滑油供應(yīng)鏈,汽油管線侵入者監(jiān)測(cè),液化天然氣容器跟蹤,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,ZigBee技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用

12、,游船引擎震動(dòng)監(jiān)控,油罐車(chē)駕駛員安全措施,化工產(chǎn)品鐵路槽車(chē)的遠(yuǎn)程信息處理,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,基于ZigBee技術(shù)的管道監(jiān)測(cè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,ZigBee智能交通控制系統(tǒng)無(wú)線通信方案,ZIGBEE無(wú)線通信的交通信號(hào)控制系統(tǒng)-交通路口控制通信,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,ZIGBEE無(wú)線通信的交通信號(hào)控制系統(tǒng)-交通路口控制通信,ZigBee智能交通控制系統(tǒng)無(wú)線通信方案,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),采用MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?每幢單元樓設(shè)置一

13、個(gè)ZigBee遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 一個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)ZigBee中心節(jié)點(diǎn) ZigBee中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS/CDMA或ADSL上傳到集抄中心,ZigBee的應(yīng)用,ZigBee應(yīng)用實(shí)例,基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),ZigBee技術(shù)與應(yīng)用,ZigBee的現(xiàn)狀和發(fā)展前景,ZigBee的市場(chǎng)預(yù)測(cè),ZigBee的現(xiàn)狀和發(fā)展前景,ZigBee的市場(chǎng)現(xiàn)狀以及前景,ZigBee的現(xiàn)狀和發(fā)展前景,ZigBee的前景,盡管ZigBee在出現(xiàn)伊始就以其低功耗，數(shù)據(jù)傳輸可靠，網(wǎng)絡(luò)容量大，安全可靠以及低成本等一系列令業(yè)界歡欣鼓舞的面貌示人，然而這種主要用于室內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)卻并沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)來(lái)讓其所具有的種

14、種優(yōu)點(diǎn)物盡其用。不久前，市場(chǎng)調(diào)研公司In-Stat發(fā)布的一份報(bào)告就指出，目前，ZigBee的開(kāi)發(fā)以大廈自動(dòng)化設(shè)備、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)。尤其在自動(dòng)儀表領(lǐng)域，ZigBee擁有很高的關(guān)注度。In-Stat預(yù)測(cè)，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片組的合計(jì)供貨量到2011年將從06年的500萬(wàn)個(gè)增至1億2,000萬(wàn)個(gè)。但在家電市場(chǎng)，由于競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)較多，ZigBee得以普及的可能性很低，發(fā)展前景難以預(yù)料。,ZigBee的現(xiàn)狀和發(fā)展前景,ZigBee聯(lián)盟會(huì)員,CompXs,ZigBee技術(shù)與應(yīng)用,總結(jié),自從Bluetooth出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是Bluetooth的售價(jià)一直居高不下，影響了