ZigBee技术与应用介绍.ppt

1、ZigBee技术与应用 -ZigBee系列1,ZigBee技术与应用,ZigBee概念 Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。 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。 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。 简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。,ZigBee概述,ZigBee的起源 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局限。 2002年,zigbee Alliance成立。 Zigbee协议在20

2、03年正式问世。 2004年,zigbee V1.0诞生。 2006年,推出zigbee 2006,比较完善。 2007年底,zigbee PRO推出。,ZigBee概述,ZigBee技术与应用,ZigBee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，应用支持子层，应用层。,ZigBee技术体系,ZigBee的堆栈架构,物理层,MAC层,网络层,安全层,应用层,应用支持子层,ZigBee 联盟,IEEE 802.15.4,用户,硬件实现,ZigBee平台通信栈,应用层,ZigBee协议层作用,ZigBee技术体系,物理层,MAC层,网络/安

3、全层,支持/应用层,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。,ZigBee的频带和数据传输率,ZigBee技术体系,ZigBee的频带和数据传输率,1) 868MHZ 传输速率为20KB/S 适用于欧洲 2) 915MHZ 传输速率为40KB/S 适用于美国 3) 2.4GHZ 传输速率为250KB/S

4、 全球通用 此三个频带物理层并不相同,其各自信道带宽也不同,分别为 0.6MHZ,2MHZ和5MHZ.分别有1个10个和16个信道. 不同频带的扩频和调制方式有区别.虽然都使用了直接扩频(DSSS)的方式,但从比特到码片的变换方式有较大的差别. 调制方式都用了调相技术,但868MHZ和915MHZ频段采用的是BPSK 2.4GHZ频段采用的是OQPSK 在发射功率为0dBm的情况下,BLUETOOTH通常能用10M的作用范围. 基于IEEE 802.15.4的zigbee在室内通常能达到30-50米作用距离,在室外如果障碍物少,甚至可以达到100米作用距离. 所以zigbee可归为低速率的短距

5、离无线通信技术.,ZigBee的物理信道,ZigBee技术体系,ZigBee网络,与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币。 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

6、任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。,ZigBee网络拓扑结构,ZigBee技术体系,星状,网状型,簇状型,网络协调器（发起、建立、管理网络）,全功能设备(FFD,Router):可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信（ZR）,精简功能设备(RFD):不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单。（ZE）,ZigBee网络设备类型,ZigBee技术体系,网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中嘴复杂的一种，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

7、接收信息。 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（RFD）：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。,ZigBee技术体系,ZigBee网络设备类型,ZigBee技术体系,ZigBee网状网络,MESH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成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。,ZigBee技术体系,ZigBee网状网络,ZigBee技术体系,ZigBee网状网络,ZigBee技术体系,ZigBee网状网络,Zi

8、gBee技术体系,ZigBee网状网络,ZigBee技术体系,ZigBee网状网络,ZigBee技术体系,ZigBee通信可靠性保证,通信可靠机制 ZigBee采用了CSMA-CA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，每个发送的数据包都必须等待接受方的确认信息。 网络的自组织自语能力强 ZigBee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； ZigBee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

9、，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。,ZigBee技术体系,ZigBee通信可靠性保证,ZigBee技术体系,ZigBee数据传输率比较,ZigBee技术体系,ZigBee数据传输率比较,ZigBee技术体系,ZigBee技术优势,数据传输速率低：10KB/秒-250KB/秒，专注于低传输应用 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：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：网络可容纳65000个设备 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。

10、网络的自组织、自愈能力强，通信可靠 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：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段,ZigBee技术与应用,ZigBee的应用,ZigBee应用条件,低功耗 低成本 较低的报文吞吐率 需要支持大型网络接点的数量级 对通信服务质量QoS要求不高（甚至无QoS） 需要可选择的安全等级（采用AES-128） 加密 发送鉴别 报文的完整性 需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用 要求高的

11、网络自组织、自恢复能力,ZigBee的应用,ZigBee应用场合,低速无线设备,工业、农业和商业,消费电子,PC 机的 外围设备,家庭 自动化,玩具和游戏,个人 健康监护,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,结合ZigBee和GPRS的无线数据传输网络,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,基于ZigBee的油田油井遥测遥控无线通信,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,ZigBee技术在石油石化行业的应用,液化天然气罐远程监控,汽油管线的腐蚀监测,润滑油供应链,汽油管线侵入者监测,液化天然气容器跟踪,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,ZigBee技术在石油石化行业的应用

12、,游船引擎震动监控,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,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,基于ZigBee技术的管道监测无线数据传输网络,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,ZigBee智能交通控制系统无线通信方案,ZIGBEE无线通信的交通信号控制系统-交通路口控制通信,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,ZIGBEE无线通信的交通信号控制系统-交通路口控制通信,ZigBee智能交通控制系统无线通信方案,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,基于ZigBee技术的无线三表远程抄表系统,采用MESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性。 每幢单元楼设置一

13、个ZigBee远端节点 一个小区设置一个ZigBee中心节点 ZigBee中心节点数据通过GPRS/CDMA或ADSL上传到集抄中心,ZigBee的应用,ZigBee应用实例,基于ZigBee技术的无线三表远程抄表系统,ZigBee技术与应用,ZigBee的现状和发展前景,ZigBee的市场预测,ZigBee的现状和发展前景,ZigBee的市场现状以及前景,ZigBee的现状和发展前景,ZigBee的前景,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

14、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，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。,ZigBee的现状和发展前景,ZigBee联盟会员,CompXs,ZigBee技术与应用,总结,自从Bluetooth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Bluetooth的售价一直居高不下，影响了