ZigBee技术与应用介绍.ppt

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1、ZigBee技术与应用技术与应用 -ZigBee系列系列1 刘波刘波2010年年10月月13日日ZigBee技术与应用技术与应用 1.1.ZigBeeZigBee概述概述概述概述 2.2.ZigBeeZigBee技术体系技术体系技术体系技术体系 3.3.ZigBeeZigBee应应用用用用 4.4.ZigBeeZigBee的的的的发发展展展展现现状状状状以及前景以及前景以及前景以及前景 5 5.总结总结vZigBee概念概念nZigbee是是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信

2、技术。通信技术。n其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。数据速率、低成本。n主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入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。各种设备。n简简而而言言之之，ZigBee就就是是一一种种便便宜宜的的，低低功功耗耗的的近近距离无线组网通讯技术。距离无线组网通讯技术。ZigBee概述概述vZigBeeZigBee的起源的起源n工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越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来越强烈，而蓝牙技术对于这一领

3、域显然有一定的局限。局限。n2002年年,zigbee Alliance成立。成立。nZigbee协议在协议在2003年正式问世。年正式问世。n2004年年,zigbee V1.0诞生。诞生。n2006年年,推出推出zigbee 2006,比较完善。比较完善。n2007年底年底,zigbee PRO推出。推出。ZigBee概述概述ZigBee技术与应用技术与应用 1.1.ZigBeeZigBee概述概述概述概述 2.2.ZigBeeZigBee技术体系技术体系技术体系技术体系 3.3.ZigBeeZigBee应应用用用用 4.4.ZigBeeZigBee的的的的发发展展展展现现状状状状以及前景

4、以及前景以及前景以及前景 5 5.总结总结nZigBee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技术体系技术体系vZigBee的堆栈架构的堆栈架构物理层物理层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IEEE 802.15.4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vZigBee协议层作用协议层作用ZigBee技术体系技术体系物理层MAC层网络/安全层支持/应用层作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：物理层是协议的最底

5、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。vZigBeeZigBee的频带和数据传输率的频带和数据传输率ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee的物理信道的物理信道ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网络拓扑结构网络拓扑结构ZigBee技术体系技术体系星状星状网状型网状型簇状型簇状型网络协调器网络协调器全功能设备全功能设备(FFD,Ro

6、uter):FFD,Router):可以支持可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信任何一种设备进行通信精简功能设备精简功能设备(RFDRFD):):不能成为任何不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单信，实现简单。vZigBeeZigBee网络设备类型网络设备类型ZigBee技术体系技术体系网络协调器：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

7、点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。全功能设备（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（精简功能设备（RFD）：）：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网络设备类型网络设备类型ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络MESH网状网网状网络拓扑拓扑结构的网构的网络具有具有强大的功能，网大的功能，网络可以通可以通过多多级跳的方式来通信；跳的方式来通信；该拓扑拓扑结构构还可以

8、可以组成成极极为复复杂的网的网络；网；网络还具具备自自组织、自愈功能。、自愈功能。ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee通信可靠性保证通信可靠性保证通信可靠机制通信可靠机制ZigBee采用了采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需

9、要的碰撞避免机制，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。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；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

10、愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发自愈功能：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的调整，无需人工干预，保证整个系统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。仍然能正常工作。ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee通信可靠性保证通信可靠性保证ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee数据传输率比较数据传输率比较ZigBee技术体系技术体系vZigBeeZigBee数据传输率比较数据传输率比较ZigBee技术体系技术体系vZ

11、igBeeZigBee技术优势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

12、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ZigBee技术与应用技术与应用 1.1.ZigBeeZigBee概述概述概述概述 2.2.ZigBeeZigBee技术体系技术体系技术体系技术体系 3.3.ZigBeeZigBee应应用用用用 4.4.ZigBeeZigBee的的的的发发展展展展现现状状状状以及前景以及前景以及前景以及前景 5 5.总结总结ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用条件应用条件低功耗低功耗低成本低成本较低的报文吞吐率较低的报文吞吐率需要支

13、持大型网络接点的数量级需要支持大型网络接点的数量级对通信服务质量对通信服务质量QoS要求不高（甚至无要求不高（甚至无QoS）需要可选择的安全等级（采用需要可选择的安全等级（采用AES-128）加密加密发送鉴别发送鉴别报文的完整性报文的完整性需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用要求高的网络自组织、自恢复能力要求高的网络自组织、自恢复能力ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用场合应用场合低速无线设备 TV VCR DVD CD 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

14、传感器传感器 监视监视 传感器传感器 自动化自动化控制控制工业、农业和商业消费电子消费电子PC 机的机的外外围设备家庭家庭自动化自动化玩具和游玩具和游戏戏个人健康监护ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例结合结合ZigBee和和GPRS的无线数据传输网络的无线数据传输网络ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例基于基于ZigBee的油田油井遥测遥控无线通信的油田油井遥测遥控无线通信ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例ZigBeeZigBee技术在石油石化行业的应用技术在石油石化行业的应用液化天然气罐远程监控液化天然气

15、罐远程监控汽油管线的腐蚀监测汽油管线的腐蚀监测润滑油供应链润滑油供应链汽油管线侵入者监测汽油管线侵入者监测液化天然气容器跟踪液化天然气容器跟踪ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例ZigBeeZigBee技术在石油石化行业的应用技术在石油石化行业的应用游船引擎震动监控游船引擎震动监控油罐车驾驶员安全措施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化工产品铁路槽车的远程信息处理ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例基于基于ZigBeeZigBee技术的管道监测无线数据传输网络技术的管道监测无线数据传输网络ZigBee的的应用用vZigBe

16、eZigBee应用实例应用实例ZigBeeZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统-交通路口控制通信交通路口控制通信ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例ZIGBEEZIGBEE无线通信的交通信号控制系统无线通信的交通信号控制系统-交通路口控制通信交通路口控制通信 ZigBee ZigBee智能交通控制系统无线通信方案智能交通控制系统无线通信方案ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程抄表系统

17、技术的无线三表远程抄表系统采用采用MESHMESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性。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每幢单元楼设置一个ZigBeeZigBee远端节点远端节点一个小区设置一个一个小区设置一个ZigBeeZigBee中心节点中心节点ZigBeeZigBee中心节点数据通过中心节点数据通过GPRS/CDMAGPRS/CDMA或或ADSLADSL上传到集抄中心上传到集抄中心ZigBee的的应用用vZigBeeZigBee应用实例应用实例基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程抄表系统技术的无线三表远程抄表系统ZigBee技术与应用技术与应用 1.1.

18、ZigBeeZigBee概述概述概述概述 2.2.ZigBeeZigBee技术体系技术体系技术体系技术体系 3.3.ZigBeeZigBee应应用用用用 4.4.ZigBeeZigBee的的的的发发展展展展现现状状状状以及前景以及前景以及前景以及前景 5 5.总结总结ZigBee的的现状状和和发展前景展前景vZigBee的市场预测的市场预测ZigBee的的现状状和和发展前景展前景vZigBee的市场现状以及前景的市场现状以及前景ZigBee的的现状状和和发展前景展前景vZigBee的前景的前景 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

19、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的的现状状和和发展前景展前景vZigBee联盟会员联盟会员CompXsZi

20、gBee技术与应用技术与应用 1.1.ZigBeeZigBee概述概述概述概述 2.2.ZigBeeZigBee技术体系技术体系技术体系技术体系 3.3.ZigBeeZigBee应应用用用用 4.4.ZigBeeZigBee的的的的发发展展展展现现状状状状以及前景以及前景以及前景以及前景 5 5.总结总结总结自从自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用自出现以后，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，影响了这些厂商的售价一直居高不下，影响了这些厂商的使用意愿。的使用意愿。ZigBee作为一

21、种新兴的近距离、低复杂度、低功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，其了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着正式版本协议的公布，更多的注意力和研发力量随着正式版本协议的公布，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现、互联互通测试和市场推广将转到应用的设计和实现、互联互通测试和市场推广等方面。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越等方面。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置式。多的内置式。对于大量的节点，怎样合理调度使得最后产生的路对于大量的节点，怎样合理调度使得最后产生的路由路径合理有效，都是需要研究的方向。由路径合理有效，都是需要研究的方向。全网跳频技术，抗干扰技术等都是需要探讨的。全网跳频技术，抗干扰技术等都是需要探讨的。Q&AQ&A