19LPC11c14之zigbee技术介绍

第19讲,LPC11C14之zigbee技术介绍,本讲任务,本节课程主要学习无线短距离通信zigbee，了解什么是zigbee，zigbee在今日社会的应用和优特点，了解zigbee工作原理和IEEE802.15.4，学习zigbee的组网方式，和zigbee3网络个节点。,本讲目标,了解zigbee的起源和优缺点掌握zigbee的组网方式掌握zigbee的组网节点,zigbee起源于人们熟悉的蓝牙，虽然人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷，对工业，家庭自动化控制和工业遥测控制领域而言，蓝牙技术就太显得复杂、功耗大、距离近（10米）、组网规模小等等问题。近几年的自动化工业发展对无线通信的需要越来越强烈，而且工业现场对这种无线数据传输必须是高可靠性的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此，经过人们的长期努力研发出新一种无线传输技术zigbee。zigbee协议在2003年第一个版本通过后，于2004年正式问世。,zigbee的起源与发展,ZigBee译为紫蜂，是一种新兴（2006年才比较完善）的短距离无线通信技术，主要用于传感控制应用(SensorandControl)。由IEEE802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。ZigBee的底层技术基于IEEE802.15.4，即其物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE802.15.4的定义。,zigbee的起源与发展,zigbee从进入市场到2012年的增长趋势图,zigbee的特点,低功耗：高容量：低速率：进距离：,在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。,ZigBee工作在20250kbps的速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率。,传输范围一般介于10100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到13km。,ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。,短延时：免执照频：高安全：低成本：,ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(AccessControlList,ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码。,使用工业科学医疗(ISM)频段,915MHz(美国),868MHz(欧洲),2.4GHz(全球)。,ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要310s、WiFi需要3s。,ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为十几块。,zigbee的特点,zigbee的无线数据传输,ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。模块集成了ZigBee无线收发器和一个单指令内嵌Flash空间的51CPU核，同时还有GPIO，UART，音频解码器（因此可以很好的支持音频应用）。ZigBee数据收发的速率可以达到1Mbps。因此，zigbee不仅可以传输采集的数据，还可以传输监控音视频类型的数据。,每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。,zigbee的组网通信方式,1、zigbee通信方式为自由组网来通信。在实际运用中，zigbee之间不是都是联通的，节点之间通过自动搜寻网络添加网络，即使不能直接连接通信，但可以走其他节点到达目的地。,2、zigbee自由组网采用动态路由的方式。动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。,协调器节点,终端节点,路由节点,终端节点1,终端节点2,zigbee的组网通信方式,从终端节点1到终端节点2的路由选择路线,zigbee的网络拓扑方式,从网络结构上看，zigbee网络有星形、树形、网状3中模式，按照网络节点功能划分可分为终端节点（EndDevice）、路由器节点（Router）和协调器节点（Coordinator）3种。其组织结构如下图：,注意：每个zigbee网络必须有一个协调器节点，进行初始化信息。,zigbee的网络拓扑方式,ZigBeeCoordinator,ZigBeeRouter,ZigBeeEndDevice,Star星,Mesh网,ClusterTree串,zigbee的网络拓扑方式,1、协调器节点：主要负责发起并维护一个无线网络，识别网络中的设备加入其网络。2、路由器节点：支撑网络链路结构，完成数据包的转发。3、终端节点：网络的感知者和执行者，负责数据采集和可执行的网络动作，但没有路由功能。因此要求zigbee网络节点需要扮演终端感知者，网络支持者，网络协调者3种角色。,zigbee各方面的应用,zigbee在农业智能大棚中的应用：,zigbee各方面的应用,zigbee在工业自动控制中的应用：,2、解释zigbee的自由组网？,zigbee通信方式为自由组网来通信。在实际运用中，zigbee之间不是都是联通的，节点之间通过自动搜寻网络添加网络，即使不能直接连接通信，但可以走其他节点到达目的地。,3、zigbee按照网络节点化分？,按照网络节点功能划分可分为终端节点（EndDevice）、路由器节点（Router）和协调器节