ZigBee技术及应用介绍

ZigBee技术及应用介绍北京华信创通科技有限公司2010年11月18日2内容介绍物联网概念ZigBee技术特点ZigBee与其它无线传输方案的比较ZigBee网络组成及结构ZigBee协议栈结构ZigBee硬件开发系统ZigBee应用实例3物联网概念物联网(InternetofThings)是指物品通过各种信息传感设备(如射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置)与互联网连接而形成的一个巨大的网络。物联网本身并不是一个简单的网络，涉及IT硬件制造、软件服务业以及信息处理等众多行业，能够应用于交通与物流、公共安全管理、医疗、城市管理等诸多领域。具体来说，可以将物联网产业链划分为物品标识、对象感知、数据处理、信息传输以及业务处理等五个环节，涉及到的关键技术条件有RFID、传感器、智能芯片、有线(无线)传输网络以及包含软硬件的业务处理系统等。因此，通过物联网，未来我们可以将世界上所有的物品都连接起来，并对远程物体加以识别与管理，从而对经济社会发展产生重大的影响。毫无疑问，物联网将成为继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。4物联网热潮1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议上首次提出了传感网的概念，认为“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”；2003年，美国《技术评论》将传感网络技术看作是未来改变人们生活的十大技术之首；2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。2008年，IBM公司基于“物联网”提出了“智慧地球”的概念。2009年8月7日，国务院总理温家宝到无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”；“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”；“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。近来，工信部也表示正在编制“十二五”物联网发展专项规划。毫无疑问，当前物联网正炙手可热。5ZigBee技术ZigBee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“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为ZigBee技术。ZigBee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。ZigBee技术是目前物联网应用中的主要实用技术。6ZigBee技术特点低功耗；低成本；短时延；高容量；高安全；自组织；低速率；近距离；免执照频段。7ZigBee技术特点1.低功耗由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间。8ZigBee技术特点2.低成本由于ZigBee模块的复杂度不高，ZigBee协议免专利费，再加之使用的频段无需付费，所以它的成本较低。3.时延短通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。9ZigBee技术特点4.网络容量大一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。网状结构的ZigBee网络中可有65000多个节点。10ZigBee技术特点5.高可靠性采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可进行重发。11ZigBee技术特点6.高安全性ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。12ZigBee技术特点7.网络的自组织、自愈能力强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，并确定连接关系，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，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。131415161718ZigBee节点类型节点类型•ZigBee协调者(ZC)–每各ZigBee网络必须有一个.–初始化网络信息.•ZigBee路由器(ZR)–路由信息•ZigBee终端节点(ZED)–没有路由功能–低价格19ZigBee设备类型•ZigBee协调器（Coordinator）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。20ZigBee设备类型•ZigBee路由器（Router）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。21ZigBee设备类型•ZigBee终端设备（End-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。22ZigBee网络结构ZigBee支持三种自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Clustertree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。23ZigBee网络拓扑ZigBeeCoordinatorZigBeeRouterZigBeeEndDeviceStar星Mesh网ClusterTree串24ZigBee技术协议ZigBee无线网络协议是基于标准的七层开放式系统互联(OSI)模型，但仅对那些涉及ZigBee的层予以定义。IEEE802.15.4标准定义了最下面的两层：物理层(PHY)和介质接入控制子层(MAC)。ZigBee联盟提供了网络层和应用层(APL)框架的设计。其中应用层的框架包括了应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和由制造商制订的应用对象。25ZigBee芯片-CC2430/CC24312627282930313233343536移动手持设备和ZigBee网关使用手持设备作为一个网关显示和发现信息，在手持设备有一个ZigBee许可的SIM卡，进行各种操作。ServiceCenterNETWORKOPERATORINFRASTRUCTURE1.Confirmationforbuying“Ilfuggiasco”.PushOk.ZigBeeNetwork这个手机操作可以传输相关数据:信任中心:授权加值服务服务管理37ZigBee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，有效弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置式ZigBee功能的设备进入我们的生活，并将极大地改善我们的生活方式和体验。􀂃从802.15.4到ZigBee不难发现，这些标准的目的，就是希望以低价切入产业自动化控制、能源监控、机电控制、照明系统管控、家庭安全和RF遥控等领域。传递少量信息，例如：控制（Control）或是事件（Event）的资料传递，都是ZigBee容易发挥的战场。ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。对于传送长度一般为几十字节的传感器读数来说，高带宽是多余的，ZigBee低带宽的奇迹是节能，正好有助于它实现其低功率、低成本和强健性的目标。总结38谢谢！