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zigbee技术简介典型的短距离无线通讯系统无线发展历程•80年代,当单片机技术已经广泛普及，8051如日中天的时候,手机还是价值万元的大砖头,语音通讯也只有8K/S的通讯速度,无线通讯技术还是像美国莫托罗拉这样大公司实验室里的前沿。•90年代,向TI这样的大公司，投入巨资，开发短距离通讯芯片，10年努力,确以失败告终，有人统计过，那时，在美国进行无线产品的项目开发,有85%以上的开发项目会失败。复杂的高频，昂贵的设备，完全被封锁的技术，无线还只是在“天上”。•最成功的应用，应该是汽车遥控器和车库门遥控这样的简单技术。80-90年代无线产品应用无线SOC技术，短距离无线通讯的曙光•2003年在欧洲的挪威，冒出了两家创新公司，分别是CHIPCON(2006年被TI公司2亿美元收购)，另一家是Nordic公司。这两家公司采用CMOS高频技术，将无线收发器完全集成到芯片内部,外部只有很少的元件，同时使电路板设计非常简化。另外，他们也将8051单片机和高频电路进行集成，这就诞生了”无线单片机”。•射频SoC单片机(简称无线单片机)的出现，为不具备无线通讯经验和高频电路经验的电子工程师，提供了非常简单的解决方案。这是因为：•1)专门的设计，将全部的高频部分电路集成到了电路内部，从无线单片机到天线之间，只有简单的滤波电路，系统设计者完成不必进行任何高频电路设计；•2)采用特殊设计，使8051的微处理器和高频线路间，实现完美的配合，数字电路对高频通讯的影响减低到最小；•3)设置了高频通讯的若干寄存器，将高频通讯的处理，简化为对寄存器的简单操作处理，即你只需要对这些寄存器进行操作，就可以轻松完成无线通讯功能。•代表作有NRF2401，CC1000，NRF905，•NRF9E5，CC1010，CC2430…….CC2430无线soc完整的CC2430通信模块无线单片机的普及为短距离无线通讯带来的全新变化•高度集成SOC，简化了高频设计，使开发无线应用设计转移到以软件代码为中心；•大量低价格，直观显示为特点的无线开发、测试工具的诞生，使无线应用开发成本大大降低；在家建立自己的无线开发平台不是梦想；•无线SOC得到了非常广泛应用，特别是无线鼠标，键盘和游戏摇杆等方面。soc短距离无线应用的深入，对低成本无线网络技术提出了需求•应用中很多节点在密集区域——需求组网，高效率空中防碰撞。•工业应用中环境复杂，要求穿透多层水泥墙等障碍物，传输路径不定——需求无线路由(多跳通信）。•高通讯可靠性——防干扰，加密。•低功耗。•容易安全接入和安装——自组网，自恢复网络，网络安全。无线抄表网络Zigbee联盟•国际著名soc半导体生产商、技术提供者、代工生产商以及最终使用者成立了一个非牟利业界组织zigbee联盟，目的在于制定一个基于IEEE802.15.4、可靠、高性价比、低功耗的网络应用技术——zigbee。生产商可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种无线产品。ZigBee会员ZIGBEE回应了无线SOC发展的需求•ZigBee技术有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现网络通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。Zigbee是IEEE802.15.4的扩展•ZigBee不仅只是IEEE802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。•ZigBee联盟还开发了安全层。Zigbee技术的表现形式•由各种软件代码，分层次组成的软件协议栈。•代码分类：应用层，应用安全层，网络层，MAC层等等。•代码形式：源代码和库文件。协议栈各层功能介绍•PHY定义zigbee设备的工作频段2.4Ghz。•MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。•SAP是为某一特定层提供的服务与上层之间的接口。ZigBee的不同层与MAC就是通过服务接入点(SAP)进行连接。•应用层由用户开发提供功能服务函数。•安全服务提供层提供信息安全加锁服务。协议栈核心—网络层•ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找以及传送数据等功能，支持Cluster-Tree，AODVjr，Cluster-Tree＋AODVjr等多种路由算法，支持星形（Star）、树形（Cluster-Tree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构最重要的是网状网络（Mesh)ZigBee节点类型节点工能介绍•1.协调器•上电启动和配置网络（例如设定网络标示符，选择信道），一旦完成后相当于路由器功能。•2.路由器•(1)允许其他网络设备加入(2)多路跳由(3)协助电池供电的子节点通信(4)自己作为终端节点应用3终端节点向路由节点传递数据，可选择睡眠与唤醒。（路由因不断转发数据需电池供电，终端节点电池供电)ZigBee和简单无线通讯之间最大区别•简单的点到点，点到多点通讯（目前很多这样的数传模块），包装结构比较简单，主要为同步序言，数据，校验几部分组成。而ZigBee是采用数据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包装，包含了大量时间，地址，命令，同步等信息，真正的数据信息只占很少部分，而这正是ZigBee可以实现网络组织管理，实现高可靠传输的关键。•同时，ZigBee采用了MAC技术和DSSS（直扩序列调制）技术，能够实现高可靠，大规模网络传输。3.ZigBee技术优点•①低功耗②低成本•③低速率④近距离•⑤短时延⑥高容量•⑦高安全⑧免执照频段①低功耗•在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长。•这是Zigbee的突出优势（在传感控制领域）。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。②低成本•通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。③低速率•Zigbee工作在20～250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。④近距离•传输范围一般介于10～100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1～3km。•这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远（理论上无限）。⑤短时延•Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。⑥高容量•Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。⑦高安全•Zigbee提供了三级安全模式1包括无安全设定2使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据3采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。⑧免执照频段采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。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.几种无线通信技术参数对比ZigBee设备应用介绍什么是zigbee设备•采用zigbee技术的无线soc就是zigbee设备，zigbee技术使无线soc方便的构建无线传输网络。Zigbee设备组建信息采集和控制网络无线抄表科尔华zigbee无线通信模块方案1.应用jennic公司的zigbee5139芯片，集成所有射频组件，做成表贴安装的模块产品。对于想开发一个无线控制器，无线传感器的用户而言，只用连接电源和外部设备（传感器，动作器）等等，可以减少显著的工作开发量。科尔华zigbee无线通信模块•方案2模块中用Ti公司的zigbeecc2480芯片取代JN5139芯片。TI公司的技术支持比较完善。后续开发计划•上述两款无线通信模块的无线控制器都是协议栈内核内嵌，不可改动，只能调用。虽然便于开发，但在价格上比不内嵌协议栈的无线控制器贵（cc2480比cc2430贵2元），公司将在CC2430上开发自己的zigbee协议栈内核，降低成本。•在zigbee无线通信模块开发成熟的情况下进行zigbee传感器模块的开发。•祝科尔华公司在我们全体员工的努力下在此产品上取得圆满成功！TheEnd！