一种崭新的无线通信网络标准－ZigBee.ppt

一种崭新的无线通信一种崭新的无线通信网络标准网络标准ZigBeeZigBee张洁涛2005-06-26内容l无线通信基础l现代无线通信标准lZigBee网络标准lZigBee开发平台和产品2005-06-262内容l无线通信基础无线通信基础l现代无线通信标准lZigBee网络标准lZigBee开发平台和产品2005-06-263无线设备l常见无线通信设备l收音机l电视机l遥控器l手机l不同种类的无线设备工作方式不同，也工作在不同的频段2005-06-264无线频谱2005-06-265无线通信系统模型l发射机l接收机信号源信号源调制器调制器天线天线调制信号调制信号解调器解调器天线天线2005-06-266无线电波的传播特性(1)2005-06-267无线电波的传播特性(2)2005-06-268无线网络拓扑结构(1)l直接连接l取代有线连接l点对点通信l如：红外线 IrDA2005-06-269无线网络拓扑结构(2)l星型网络l拥有一个中心路由和控制点l所有数据都经过中心控制点l支持点对点、点对多点通信l如：Wi-Fi、GSM、Bluetooth等2005-06-2610无线网络拓扑结构(3)l树状网络l特性和星型网络类似l网状网络l多路径数据传输l自行配置和修复l如：ZigBee2005-06-2611无线网络的复用技术FDD：频分复用 TDD：时分复用2005-06-2612无线网络的多用户接入技术FDMA：频分多址 TDMA：时分多址 CDMA：码分多址2005-06-2613扩频通信原理(发射机)2005-06-2614扩频通信原理(接收机)2005-06-2615内容l无线通信基础l现代无线通信标准现代无线通信标准lZigBee网络标准lZigBee开发平台和产品2005-06-2616现代无线标准(1)l3G第三代移动通信l协议：W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMAl频段：2GHz附近l速率：最高达2Mbpsl特点：支持多媒体播放，收看电视2005-06-2617现代无线标准(2)lWi-Fil遵循IEEE802.11a/b/g协议l应用：上网、视频、电脑 联网l频段：2.4/5.0 GHzl速率：1154 Mbpsl通信模式：扩频l距离：100m2005-06-2618现代无线标准(3)lBluetooth蓝牙l遵循IEEE802.15.1协议l应用：取代有线l频段：2.4GHzl通信模式：跳频l速率：1Mbpsl距离：10m2005-06-2619现代无线标准(4)lUWB超宽带通信l协议：IEEE802.15.3l应用：家庭高速无线接入l频段：3.110.6GHzl协议标准未完成lWiMax城域无线网lNFC近场通信2005-06-2620内容l无线通信基础l现代无线通信标准lZigBee网络标准网络标准lZigBee开发平台和产品2005-06-2621ZigBee联盟简介lZigBee联盟组成l成立于2001年9月l成员为半导体厂商、无线IP供应商、OEM厂商及终端用户l拥有150个成员，包括飞思卡尔、菲利普、三菱、三星、IBM及华为等lZigBee联盟的宗旨l在一个开放式全球标准的基础上使稳定的、低成本的、低功耗的、无线联网的监控和控制产品成为可能2005-06-2622为何需要ZigBee技术l专门为远程监控和控制的无线网络？l网络存在的实用性？lZigBee技术应具备的特性l低成本：只需几美元就可以添加进产品l低功耗：典型应用普通电池应能工作约1年l低复杂度：必须非常容易使用l快速、可靠、安全l不同厂商生产的产品可兼容2005-06-2623ZigBee技术目标市场和应用ZigBee简单有效的无线控制手段简单有效的无线控制手段车辆监控车辆监控電子消費產品電子消費產品電視電視錄像機錄像機DVD/CDDVD/CD无线无线遙控器遙控器電腦設備電腦設備工業工業自动自动控制控制資產資產监控监控管理管理生產過程監控生產過程監控環境及能源管理環境及能源管理保健保健樓宇自動化樓宇自動化保安系統保安系統大型空調系統大型空調系統自動讀表系統自動讀表系統照明控制照明控制門禁系統門禁系統病人監護系統病人監護系統健身監察系統健身監察系統2005-06-2624家居监控网络示意图2005-06-2625ZigBee技术的主要优点l功耗低：发射功率仅1mW，还可采用休眠模式；两节5号电池可工作12年。l成本低：由于传输速率低，网络协议简单，成本较低，而且ZigBee协议免专利费。l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。l网络容量大：网络可容纳65,000个设备。l传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙。l安全：采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性。2005-06-2626ZigBee协议模型2005-06-2627物理层(1)l遵循IEEE802.15.4协议。l物理层是协议的最底层，承付着和外界直接作用的任务。l主要目的：控制RF收发器工作。l调制方式：扩频通信l信号传输距离：50m（室内），150m（室外）。2005-06-2628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2.4 GHz ISM2.4 GHz ISM全球全球 250 kbps 250 kbps 16 16915 MHz ISM915 MHz ISM美洲美洲 40 kbps40 kbps 10 10868 MHz868 MHz ISM ISM歐洲歐洲 20 kbps20 kbps 1 12005-06-2629物理层(3)2005-06-2630媒体接入控制层(1)l遵循IEEE802.15.4协议l负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束l确认模式的数据传送和接收l可选时隙，实现低延迟传输l支持各种网络拓扑结构l网络中每个设备为16位地址寻址2005-06-2631媒体接入控制层(2)l全功能器件 FFDl可工作于所有网络结构l可作为网络协调器l可与网络中任何节点通信l简化功能器件 RFDl仅可和网络中的FFD通信l不能作为网络协调器2005-06-2632媒体接入控制层(3)l周期性的数据通信l由用户决定周期的长短l如：烟雾传感器l间歇性的数据通信l由用户或外界事件引发决定间歇长短l如：电灯开关l重复而快速反应的数据通信l指定固定的时隙进行通信l如：鼠标、键盘2005-06-2633网络及安全层l建立新的网络l处理节点的进入和离开网络l根据网络类型设置节点的协议堆栈l使网络协调器对节点分配地址l保证节点之间的同步l提供网络的路由l保证数据的完整性l使用可选的AES-128对通信加密2005-06-2634应用层l应用支持层维持器件的功能属性l应用支持层发现该器件工作空间中其他器件的工作l应用支持层根据服务和需求使多个器件之间进行通信l应用层主要根据具体应用由用户开发2005-06-2635ZigBee与其他无线标准的对比2005-06-2636内容l无线通信基础l现代无线通信标准lZigBee网络标准lZigBee开发平台和产品开发平台和产品2005-06-2637ZigBee开发平台(1)lChipcon CC2420开发平台l全球首个ZigBee收发器CC2420l仅支持2.4GHzl支持RS232/USB接口开发2005-06-2638ZigBee开发平台(2)lMicrochip:PICDEM Z 演示平台lPIC控制器CC2420收发器l仅支持2.4GHz频带l支持RS232/Ethernet接口开发2005-06-2639ZigBee开发平台(3)lNEC开发平台l78K0/K1控制器CC2420收发器l仅支持2.4GHz频段l支持USB接口开发2005-06-2640ZigBee开发平台(4)lHelicomm:EZ-Net DevKitl支持2.4GHz和915MHz应用l支持AT指令或通用的RS232串口2005-06-2641ZigBee开发平台(5)lHelicomm新型RF/MCU的ZigBee无线模块(2005年5月)l将传统的RF和MCU分立模块组合在一起l Freescale的RF 和MCU器件 Helicomm的无 线模块设计 2005-06-2642ZigBee产品(1)l日本OKI太阳能电池的ZigBee传感器网络实验机(2005年1月）l目的：l测定ZigBee电波传播特性l测定太阳能电池供电性能l测定移动装置定位性能l推进利用ZigBee构筑无所不在的传感器网络2005-06-2643ZigBee产品(1)2005-06-2644ZigBee产品(2)lOKI的ZigBee生物传感器节点(2005年2月)l应用在医院等医疗单位l患者实时身体状况信息通过ZigBee网络传送给医生或护理师2005-06-2645ZigBee产品(3)l日立的压力检测传感器(2004年12月)l用于大型机械和建筑物的安全监控l支持ZigBee规格，通信距离达100米l每5分钟通信一次，1节5号锂电池可工作3年以上2005-06-2646ZigBee产品(4)l三菱的ZigBee无线传感器(2004年10月)l尺寸：5.4cm x 4.4cm x 0.8cml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l用于家庭保安系统2005-06-2647ZigBee产品(5)l韩国 Pantech&Curitel 手机(2004年12月)l全球第一个内嵌ZigBee模块手机l可实现对家庭电灯、电脑的开关和对湿度、温度的控制2005-06-2648ZigBee产品(6)lLusora垂饰(2005年2月)l专为老人提供居家安全保障l内嵌照相机、加速计、各类传感器和收发器l配合家居其他ZigBee传感器网络2005-06-2649ZigBee产品(7)l菲利普楼宇无线照明控制l照明开关光暗控制l可根据光线亮度自动调节l网络可随意增添传感器2005-06-2650为何选择ZigBee技术？l便宜l超长电池寿命l容易安装和使用l安全l稳定l支持庞大的网络节点l全球通用2005-06-2651ZigBee市场预测lZigBee联盟l45年内每个家庭拥有50个ZigBee设备l2007年ZigBee市场为13亿美元l未来67年家庭用户将占2/3lABIl2005年全球ZigBee芯片出货1百万l2006年出货达8千万lIn-Statl2007年ZigBee市场为7亿美元l每个家庭拥有100130个ZigBee设备2005-06-2652一种崭新的无线网络通信标准ZigBee2005-06-2653