ZigBee技术及其应用PPT格式课件下载.ppt
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无线网络标准的比较无线网络标准的比较ZigBee的技术优势数据传输速率低:
数据传输速率低:
10KB/秒-250KB/秒,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:
使用频段为2.4GHz、868MHz(欧洲)和915MHz(美国),均为免执照(免费)的频段主要内容n什么是什么是ZigBeeZigBeenZigBeeZigBee应用场景应用场景nZigBee的协议模型nZigBee的解决方案n应用ZigBee进行电子信息系统开发低速无线设备TVVCRDVDCD鼠标鼠标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工业、农业和商业消费电子消费电子个人健康监护监视监视传感器传感器自动化自动化控制控制玩具和玩具和游戏游戏家庭家庭自动化自动化PC机的机的外围设备外围设备ZigBee的应用场景结合Zigbee和GPRS的无线数据传输网络基于Zigbee技术的无线智能家居基于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个ZIGBEE远端节点远端节点一个小区设置一个ZIGBEE中心节点中心节点ZIGBEE中心节点数据通过GPRS/CDMA或ADSL上传到集抄中心基于ZigBee技术的水文水利监测无线数据传输网络ZigBee智能交通控制系统无线通信方案ZigBee智能交通控制系统无线通信方案ZigBee产品
(1)n日本OKI太阳能电池的ZigBee传感器网络实验机(2005年1月)n目的:
n测定ZigBee电波传播特性n测定太阳能电池供电性能n测定移动装置定位性能n推进利用ZigBee构筑无所不在的传感器网络ZigBee产品
(1)ZigBee产品
(2)nOKI的ZigBee生物传感器节点(2005年2月)n应用在医院等医疗单位n患者实时身体状况信息通过ZigBee网络传送给医生或护理师ZigBee产品(3)n日立的压力检测传感器(2004年12月)n用于大型机械和建筑物的安全监控n支持ZigBee规格,通信距离达100米n每5分钟通信一次,1节5号锂电池可工作3年以上ZigBee产品(4)n三菱的ZigBee无线传感器(2004年10月)n尺寸:
5.4cmx4.4cmx0.8cmn传感器模块配备温度、湿度、加速度、光照度、紫外线、人体感应及声压传感器n用于家庭保安系统ZigBee产品(5)n韩国Pantech&
Curitel手机(2004年12月)n全球第一个内嵌ZigBee模块手机n可实现对家庭电灯、电脑的开关和对湿度、温度的控制ZigBee产品(6)nLusora垂饰(2005年2月)n专为老人提供居家安全保障n内嵌照相机、加速计、各类传感器和收发器n配合家居其他ZigBee传感器网络ZigBee产品(7)n菲利普楼宇无线照明控制n照明开关光暗控制n可根据光线亮度自动调节n网络可随意增添传感器主要内容n什么是什么是ZigBeeZigBeenZigBeeZigBee应用场景应用场景nZigBeeZigBee的协议模型的协议模型nZigBee的解决方案n应用ZigBee进行电子信息系统开发ZigBee的协议模型物理层物理层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IEEE802.15.4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实现“0”,“1”的传输。
即数据链路层:
解决无线资源的竞争问题;
设备间无线数据链路的建立、维护和结束。
路由,保证网络内的点到点的数据传输。
对数据进行加密,保证数据的完整性。
物理层
(1)n遵循IEEE802.15.4协议。
n物理层是协议的最底层,承付着和外界直接作用的任务。
n主要目的:
控制RF收发器工作。
n调制方式:
扩频通信n信号传输距离:
50m(室内),150m(室外)。
物理层
(2)频率频率頻帶頻帶覆篕覆篕范围范围数据传输数据传输速度速度信道数量信道数量2.4GHzISM2.4GHzISM全球全球250kbps250kbps1616915MHzISM915MHzISM美洲美洲40kbps40kbps1010868MHz868MHzISMISM歐洲歐洲20kbps20kbps11物理层(3)MAC层
(1)n遵循IEEE802.15.4协议n负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束n确认模式的数据传送和接收n可选时隙,实现低延迟传输n支持各种网络拓扑结构n网络中每个设备为16位地址寻址MAC层
(2)ZigBee网络中的三种设备类型网络协调器:
网络协调器:
每各每各ZigBee网络必须有一个网络必须有一个.初始化网络信息初始化网络信息.全功能设备全功能设备(FFD):
可以担任网络协调者可以担任网络协调者,形成网络,让其它形成网络,让其它的的FFD或是精简功能装置(或是精简功能装置(RFD)连结,连结,FFD具备控制器的具备控制器的功能,可提供信息双向传输。
功能,可提供信息双向传输。
n附带由标准指定的全部附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征功能和所有特征n在空闲时起网络路由器作用。
在空闲时起网络路由器作用。
n也能用作终端设备也能用作终端设备精简功能设备精简功能设备(RFD):
只能传送信息给只能传送信息给FFD或从或从FFD接收信息。
接收信息。
n附带有限的功能来控制成本和复杂性附带有限的功能来控制成本和复杂性n在网络中通常用作终端设备。
在网络中通常用作终端设备。
n全功能器件FFD=RFD+Routern可工作于所有网络结构n可作为网络协调器n可与网络中任何节点通信n简化功能器件RFDRFDn仅可和网络中的FFD通信n不能作为网络协调器ZigBeeCoordinatorZigBeeFFDZigBeeRFDClusterTree串Mesh网Star星MAC层(4)n周期性的数据通信n由用户决定周期的长短n如:
烟雾传感器n间歇性的数据通信n由用户或外界事件引发决定间歇长短n如:
电灯开关n重复而快速反应的数据通信n指定固定的时隙进行通信n如:
鼠标、键盘网络及安全层n建立新的网络n处理节点的进入和离开网络n根据网络类型设置节点的协议堆栈n使网络协调器对节点分配地址n保证节点之间的同步n提供网络的路由n保证数据的完整性n使用可选的AES-128对通信加密应用支持层及应用层n应用支持层维持器件的功能属性n应用支持层发现该器件工作空间中其他器件的工作n应用支持层根据服务和需求使多个器件之间进行通信n应用层主要根据具体应用由用户开发无线组网基础q网络扫描网络扫描n装置扫描装置扫描16个信道,以确定可占用的最佳信道。
个信道,以确定可占用的最佳信道。
q组建组建/连接一个连接一个PANn装置可在自由信道上组建一个网络(协调器)或连装置可在自由信道上组建一个网络(协调器)或连接到一个已存在的网络上。
接到一个已存在的网络上。
q装置搜寻装置搜寻n装置询问网络,以在活动信道中装置询问网络,以在活动信道中搜寻搜寻相符的装置。
相符的装置。
q服务搜寻服务搜寻n装置在网络内装置在网络内搜寻搜寻可对装置提供支持的服务。
可对装置提供支持的服务。
q绑定绑定n装置间通过命令装置间通过命令/控制信息实现通信。
控制信息实现通信。
形成ZigBee网络的方法一个网络的形成,必须由一个网络的形成,必须由FFD率先担任网络协调者,建立网络,再率先担任网络协调者,建立网络,再由其它的由其它的FFD或是或是RFD加入这个网络,不过加入这个网络,不过RFD只能和只能和FFD连结。
连结。
q根据装置在网络中的功能,预先对装置编制好程序根据装置在网络中的功能,预先对装置编制好程序n协调器的功能是通过扫描搜索,以发现一个未用的信道来启动协调器的功能是通过扫描搜索,以发现一个未用的信道来启动一个网络。
一个网络。
n路由器路由器(一个网络中的一个网络中的mesh设备设备)的功能是通过扫描搜索,以的功能是通过扫描搜索,以发现一个激活的信道并将其连接,然后允许其它装置连接。
发现一个激活的信道并将其连接,然后允许其它装置连接。
n终端装置的功能总是试图连接到一个已存在的网络。
终端装置的功能总是试图连接到一个已存在的网络。
q装置搜索网络中能提供完整服务的其它装置装置搜索网络中能提供完整服务的其它装置n允许网络中的任何装置可对服务搜索进行初始化。
允许网络中的任何装置可对服务搜索进行初始化。
q将装置与可提供完整服务的其它装置进行绑定将装置与可提供完整服务的其它装置进行绑定n绑定可为指定相符的设备集提供命令和控制特征。
绑定可为指定相符的设备集提供命令和控制特征。
主要内容n什么是什么是ZigBeeZigBeenZigBeeZigBee应用场景应用场景nZigBeeZigBee的协议模型的协议模型nZigBeeZigBee的解决方案的解决方案n应用ZigBee进行电子信息系统开发ZigBee解决方案公司代表芯片TICC2420/CC2430/CC2431/CC2520/CC2480/CC2530(即将)RadioPulseMANGO-MG2400/MG2450JennicJN5152MicrochipMRF24J40MAFreescaleMc13191/192AtmelAT86RF212(900Mhz)ZigBee解决方案pTI经典方案CC2430+Z-StackCC2430芯片Z-stack协议软件,类似于TCP/IP的实现物理层芯片,类似于网卡芯片CC2430是系统级芯片(SoC),在单个芯片上集成了ZigBeeRF前端、内存和微控制器。
Z-StackZigBee协议栈协议栈,是一个软件包,提供一套C函数,应用程序通过函数调用实现期望的通讯功能。
CC2430nRF/LAYOUT兼容IEEE802.15.4的RF前端7*7mmQLP48封装n功耗功耗低功耗(接收27mA,发送27mA)休眠电流0.3-0.5A宽电压工作(2.0V3.6V)n内核内核一个加强51128KBFALSH(另有32K、64K可选)8KBRAM(4KB可以全模式工作)DMA功能自带看门狗一个IEEE802.15.4MAC定时器支持硬件调试n外设外设CSMA/CA(硬件支持)信号强度自动生成电源、温度管理12位ADC128位AES加密处理两个全功能串口21个I/On开发工具开发工具(编译器编译器)IAREmbeddedWorkbench单价不超过4美元主要内容n什么是什么是ZigBeeZigBeenZigBeeZigBee应用场景应用场景nZigBeeZigBee的协议模型的协议模型nZigBeeZigBee的解决方案的解决方案n应用应用Zi
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- ZigBee 技术 及其 应用