ZigBee技术与应用

1、 nZigbee是是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据协议的代名词。根据 这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线 通信技术。通信技术。 n其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低 数据速率、低成本。数据速率、低成本。 n主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入 各种设备。各种设备。 n简而言之，简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近就是一种便宜的，低功耗的近 距离无线组网通讯技术。距离无线组网通讯技术。 n工业自动化和家庭智能化对

2、无线数据通信的需求越工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越 来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的 局限。局限。 n2002年年,zigbee Alliance成立。成立。 nZigbee协议在协议在2003年正式问世。年正式问世。 n2004年年,zigbee V1.0诞生。诞生。 n2006年年,推出推出zigbee 2006,比较完善。比较完善。 n2007年底年底,zigbee PRO推出。推出。 nZigBee堆栈是在 IEEE 802.15.4 标准基础上建立 的，从下往上依 次是物理层， MAC层，网络/ 安全层，应用支 持

3、子层，应用层。 物理层物理层 MAC层层 网络层网络层 安全层安全层 应用层应用层 应用支持子层应用支持子层 ZigBee 联盟联盟 IEEE 802.15.4 用户用户 硬件实现硬件实现 ZigBee平台通信栈平台通信栈应用层应用层 物理层 MAC层网络/安全层 应用/支持层 作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用： 物理层是协议的 最底层，承付着 和外界直接作用 的任务。 主要目的：控制 RF收发器工作 。 负责设备间无 线数据链路的 建立、维护和 结束 确认模式的数 据传送和接收 。 建立新网络， 保证数据的传 输。 对数据进行加 密，保证数据 的完整性。 应用/支持层根 据服务

4、和需求使 多个器件之间进 行通信。 应用层主要根据 具体应用由用户 开发。 星状星状 网状型网状型 簇状型簇状型 网络协调器网络协调器 全功能设备全功能设备(FFD,Router):(FFD,Router):可以支持可以支持 任何一种拓扑结构，可以作为网络任何一种拓扑结构，可以作为网络 协商者和普通协商者，并且可以和协商者和普通协商者，并且可以和 任何一种设备进行通信任何一种设备进行通信 精简功能设备精简功能设备(RFD):(RFD):不能成为任何不能成为任何 协商者，可以和网络协商者进行通协商者，可以和网络协商者进行通 信，实现简单信，实现简单。 网络协调器：网络协调器：包含所有的网络消息，

5、是3种设备类型中 最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网 络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点 信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。 全功能设备（全功能设备（FFD）：）：可以担任网络协调者，形成网络 ，让其他的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD 具备控制器的功能，可提供信息双向传输。 精简功能设备（精简功能设备（RFD）：）：RFD只能传送信息给FFD或 从FFD接收信息。 MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网 络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结

6、构还可以组 成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。 通信可靠机制通信可靠机制 ZigBee采用了采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要的碰撞避免机制，同时为需要 固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的 竞争和冲突；明晰的信道检测竞争和冲突；明晰的信道检测 MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据 包都必须等待接受方的确认信息。包都必须等待接受方的确认信息。 网络的自组织自愈能力强网络的自组织自愈能力强 ZigB

7、ee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感 知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络；知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络； ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发 生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网 络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统 仍然能正常工作。仍然能正常工作。 数据传输速率低：数据传输速率低：10KB/秒-250KB/秒

8、，专注于低传输应用 功耗低：功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6-24 个月 成本低：成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低 了成本 网络容量大：网络容量大：网络可容纳65000个设备 时延短：时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms ，活动设备信道接入时延为15ms。 网络的自组织、自愈能力强，通信可靠网络的自组织、自愈能力强，通信可靠 数据安全：数据安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用 AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密 算法之一），各个应用可灵活确定其安全属性 工作频段灵活：工作频段灵活：使

9、用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和 915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段 低功耗低功耗 低成本低成本 较低的报文吞吐率较低的报文吞吐率 需要支持大型网络接点的数量级需要支持大型网络接点的数量级 对通信服务质量对通信服务质量QoS要求不高（甚至无要求不高（甚至无QoS） 需要可选择的安全等级（采用需要可选择的安全等级（采用AES-128） 加密加密 发送鉴别发送鉴别 报文的完整性报文的完整性 需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用 要求高的网络自组织、自恢复能力要求高的网络自组织、自恢复能力 低速无线设备 TV VCR DVD CD 鼠标鼠标

10、 键盘键盘 操作杆操作杆 保安保安 HVAC 照明照明 门禁门禁 玩具玩具 游戏器具游戏器具 监视监视 诊断诊断 传感器传感器 监视监视 传感器传感器 自动化自动化 控制控制 工业、农业 和商业 消费电子消费电子 PC 机的机的 外围设备外围设备 家庭家庭 自动化自动化 玩具和游玩具和游 戏戏 个人 健康监护 结合结合ZigBee和和GPRS的无线数据传输网络的无线数据传输网络 基于基于ZigBee的油田油井遥测遥控无线通信的油田油井遥测遥控无线通信 ZigBeeZigBee技术在石油石化行业的应用技术在石油石化行业的应用 液化天然气罐远程监控液化天然气罐远程监控汽油管线的腐蚀监测汽油管线的腐

11、蚀监测 润滑油供应链润滑油供应链 汽油管线侵入者监测汽油管线侵入者监测 液化天然气容器跟踪液化天然气容器跟踪 ZigBeeZigBee技术在石油石化行业的应用技术在石油石化行业的应用 游船引擎震动监控游船引擎震动监控 油罐车驾驶员安全措施油罐车驾驶员安全措施 化工产品铁路槽车的远程信息处理化工产品铁路槽车的远程信息处理 基于基于ZigBeeZigBee技术的管道监测无线数据传输网络技术的管道监测无线数据传输网络 ZigBeeZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案 ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统- -交通路口控制通信交通

12、路口控制通信 ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统- -交通路口控制通信交通路口控制通信 ZigBee ZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案 基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程抄表系统技术的无线三表远程抄表系统 采用采用MESHMESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性。网状网络结构，保证数据传输的可靠性。 每幢单元楼设置一个每幢单元楼设置一个ZigBeeZigBee远端节点远端节点 一个小区设置一个一个小区设置一个ZigBeeZigBee中心节点中心节点 ZigBeeZigBee中心节点数据通过中心节点数

13、据通过GPRS/CDMAGPRS/CDMA或或ADSLADSL上传到集抄中心上传到集抄中心 基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程抄表系统技术的无线三表远程抄表系统 尽管ZigBee在出现伊始就以其低功耗，数据传输可靠 ，网络容量大，安全可靠以及低成本等一系列令业界欢 欣鼓舞的面貌示人，然而这种主要用于室内的无线网络 通信技术却并没有太多的机会来让其所具有的种种优点 物尽其用。不久前，市场调研公司In-Stat发布的一份 报告就指出，目前，ZigBee的开发以大厦自动化设备 、产业、医疗及家庭自动化等领域为目标。尤其在自动 仪表领域，ZigBee拥有很高的关注度。In-Stat预测

14、， 支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片组的合计供货量 到2011年将从06年的500万个增至1亿2,000万个。 但在家电市场，由于竞争技术较多，ZigBee得以普及 的可能性很低，发展前景难以预料。 CompXs 自从自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用出现以后，曾让工业控制、家用 自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是 Bluetooth的售价一直居高不下，影响了这些厂商的售价一直居高不下，影响了这些厂商 的使用意愿。的使用意愿。 ZigBee作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功 耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，有效弥补耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，有效弥补 了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其 成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身 。随着正式版本协议的公布，更多的注意力和研发力。随着正式版本协议的公布，更多的注意力和研发力 量将转