Lecture 02 ZigBee技术

1、 无线传感器网络 WiFi Bluetooth （蓝牙） RFID （射频识别） GPRS/3G 现场总线 ZigBee 短距离无线通信技术 Lecture 02 ZigBeeLecture 02 ZigBee技术概述技术概述 ZigBeZigBe技术概述技术概述 ZigBeeZigBee的网络结构的网络结构 ZigBeeZigBee的协议架构的协议架构 ZigBeeZigBee技术的应用技术的应用 ZigBee（紫蜂）技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的 双向无线通讯技术。早期也被称为 “HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly” 无线电技术，

2、目前统称为ZigBee技术。 ZigBee也是IEEE 802.15.4协议的代名词。 一、什么是一、什么是ZigBeeZigBee 二、二、ZigBeeZigBee的前世今生的前世今生 2002uzigbee Alliance成立 2004uzigbee V1.0诞生 2006 uzigbee 2006 2007 uzigbee 2007 Pro 三、三、ZigBeeZigBee的技术特点的技术特点 特点：低功耗、低成本、安全的数据传输、灵活的工作 频段、灵活的网络结构、超大的网络容量。 低 功 耗 低 成 本 安全可靠 灵活频段 网络容量大 网络结构灵活 网 络 体 系 “the soft

3、ware” Network, Security & Application layers Brand management IEEE 802.15.4 “the hardware” Physical & Media Access Control layers PHY 868MHz / 915MHz / 2.4GHz MAC Network Star / Mesh / Cluster-Tree Security 32- / 64- / 128-bit encryption Application API ZigBee Alliance IEEE 802.15.4 Customer Silicon

4、StackApp 网 络 拓 扑 1. ZigBee协调器（Coordinator） 2. ZigBee路由器（Router） 3. ZigBee终端设备（End-device） 一个Zigbee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备 节点组成。 在计算机网络中指设备和线路的安排或布局在地理网络中指网 络要素之间的连接（即计算机是以何种方式连接在一起的） ZigBeeZigBee协调器（协调器（CoordinatorCoordinator） 它包含所有的网络信息，是3种设备中最复杂的，存储容量大、 计算能力最强。它主要用于发送网络信标、建立一个网络、管理网 络节点、存储网络节点信息、寻

5、找一对节点间的路由信息并且不断 的接收信息。一旦网络建立完成，这个协调器的作用就像路由器节 点。 ZigBeeZigBee路由器（路由器（RouterRouter） 它的执行功能包括允许其它设备加入这个网络，跳跃路由，辅 助子树下电池供电终端的通信。 通常,路由器全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状拓扑 中,允许路由器操作周期运行,因此这个情况下允许路由器电池供电。 ZigBeeZigBee终端设备（终端设备（End-deviceEnd-device） 一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可 以睡眠和唤配看它自己选择。因此它能作为电池供电节点。 设备类型设备类型拓扑类

6、型拓扑类型是否成为协调器是否成为协调器通话对象通话对象 全功能设备星型、树状、网 状 可以与任何ZigBee设 备通话 简化功能设备星型不可以与协调器、路由 器通话，不能与 终端设备通话 一个网络协议至少包括三要素一个网络协议至少包括三要素: : 语法语法 用来规定信息格式；数据及控制信息的格式、编码及信号电平等 语义语义 用来说明通信双方应当怎么做；用于协调与差错处理的控制信息 定时定时 （时序）定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速 度等。比如是采用同步传输还是异步传输 网络协议网络协议 网络协议是指为了实现计算机间的通信而设计的一 组规则, 它规定了通信时信息必须采用的格式和这

7、 些格式的意义 TCP/IPTCP/IP协议：协议：IP协议、TCP协议名称的组合 通过局域网访问互联网，就要详细设置IP地址，网关，子网掩码，DNS服务器等 参数 NetBEUINetBEUI：是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，不需要进行设置，适合 于在“网络邻居”传送数据 IPX/SPXIPX/SPX协议：协议：联机的游戏都支持IPX/SPX协议，这些游戏通过IPX/SPX协议更省 事，因为根本不需要任何设置（比TCP/IP省事） 网络协议的层次结构如下：网络协议的层次结构如下：此为ISO（国际标准化组织）制定的OSI网络协议七层 模型 物理层 物理连接，电缆，网卡，串口并口 数据链

8、路层以帧为单位传输数据，主要任务是建立数据封装及链接 网络层网络网络之间的通信问题，提供路由，即最佳路径 传输层解决传输数据质量问题，提供可靠的端到端的数据传输 会话层会话连接到传输连接的映射，数据传送，会画连接的恢复和释放，会 画管理，令牌管理和活动管理 表示层数据语法转换，语法表示，数据压缩和数据加密 应用层 直接面对用户的具体应用，包含用户应用程序执行通信任务所需要的 协议和功能 两个名词：两个名词： 个人区域网络（personal area network, PAN） 无线个人区域网络（wireless personal area network, WPAN） IEEE 802.15.

9、4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点： （1）不同的载波频率下实现了20、40、250kbps三种不同的传输 速率 （2）支持星型和点对点两种网络拓扑结构 （3）有16位和64位两种地址格式 （4）支持冲突避免的载波多路侦听技术（ CSMA-CA） （5）支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性 ZigBeeZigBee IEEE 802.15.4描述了低速率无线个人局域网的物理层 和媒体接入控制协议 IEEE802.15.4网络的建立过程网络的建立过程 首先，每个设备的协议栈必须要对其首先，每个设备的协议栈必须要对其PHY和和MAC层初始化层初始化 每个网络必须有一个也只能有一个每个网络必须有一个也只能有一个PAN Co-ordinator PAN ID作为网络标识，可以被人为的预定义作为网络标识，可以被人为的预定义 除除64位位IEEE MAC 地址外，还须分配一个地址外，还须分配一个16位的短地址位的短地址 例如例如Zigbee技术选择技术选择2.4GHz 设备以设备以Co-ordinator的模式启动，然后就开放请求应答的模式启动，然后就开放请求应答 有可以利用的有可以利用的Co-ordinator，设备就可以申请加入网络，设备就可以申请加