ZIGBEE无线传感网络.ppt

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1、 模块2：ZIGBEE技术及应用2.1 ZIGBEE无线传感网络 9:00-11:30主讲教师：罗汉江 辅讲教师：任益芳、黄林峰2.1 ZIGBEE2.1 ZIGBEE无无线传感网感网络2.1.1 从传感网到物联网2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用2.1.4 IEEE802.15.4 zigBee无线传感器网络通信标准2.1.5 小结2.1.1 2.1.1 从从传感网到物感网到物联网网2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念2.1.1.2 无线传感器网络概述2.1.1.3 物联网概述2.1.1.1 2.1.1.1 2.1.1.1 2.1

2、.1.1 与无与无与无与无线传线传感器网感器网感器网感器网络络相关的几个概念相关的几个概念相关的几个概念相关的几个概念IOTInternet of things原始含义是物与物相联结的网络。最早的IOT网络，实际上就是RFID网络，该概念最早来自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心争论人员。他们最早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时间，对任何物品进展标识和治理。随之进展起来的如欧盟的产品电子代码EPC效劳于物流领域，主要目的在于增加供给链的可视、可控性，偏重于对物品的识别及流淌掌握和治理。WSN与此同时，无线传感器网络WSNWireless Sensor Networks和

3、M2M技术得到了飞速进展。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预警系统的争论，后来逐步迁移到民用争论。无线传感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监测与掌握。M2M最早来自于诺基亚，其含义有Machine-to-Machine、Man-to-Machine，或者Machine-to-Man等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的无缝连接，从而实现在其根底上的无线业务流程的自动化、集成化，并最终为用户制造增值效劳。CPSCPS美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)争论打算，该打算通过3C技术即计算(Computation)、通信(Communica

4、tion)和掌握(Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系统的实时感知、动态掌握和信息效劳。泛在泛在传感网感网USNUSN2023年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在ITU Internet Reports 2023:The Internet of Things中正式提出IOT的概念。2023年该组织在Ubiquitous Sensor Networks中进一步提出泛在传感器网络概念广义传感网，并阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进展感知和标识，然后依靠网络将信息进展传输和互联，再进展信息处理和信息存储，最终实现具体应用。泛在网泛在网Ubiquitous Ne

5、tworkingUbiquitous Networking又简称为U网络，指基于个人和社会的需求，利用现有的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人与物、物与物之间按需进展的信息猎取、传递、存储、认知、决策、使用等效劳，网络超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会供给泛在的、无所不含的信息效劳和应用。物联网概念及相互关系通过条码与二维码、射频标签RFID、全球定位系统GPS、红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备及系统，依据商定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网将物与物、人与物、人与人连接起来，进展信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和治理的一种

6、信息网络。2.1.1 2.1.1 从从传感网到物感网到物联网网2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念2.1.1.2 无线传感器网络概述2.1.1.3 物联网概述2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 无无无无线传线传线传线传感网感网感网感网 wireless sensor wireless sensor wireless sensor wireless sensor networksnetworksnetworksnetworks 概述概述概述概述无线传感器网络是由部署在监测区域内部或四周的大量廉价的、具有通信、感测及计算力量的微型传感器节点通过自组织构成的“智

7、能”测控网络。无无线传感器网感器网络体系构造体系构造无线传感器网络系统通常包括传感器节点、会聚节点和治理节点。传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理力量、存储力量和通信力量相对较弱。每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能。会聚节点处理力量、存储力量和通信力量相对较强，它连接传感器网络和外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时公布治理节点的监测任务，并把收集到的数据转发到外部网络上。治理节点对传感器网络进展配置和治理，公布监测任务以及收集监测数据。传感器感器节点构造点构造传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供给模块四局部构成。传传感器网感器网感器网

8、感器网络协议栈络协议栈 早期的早期的早期的早期的协议栈协议栈应用层传输层网络层数据链路层物理层能量治理平台移动治理平台任务治理平台信号调制、无线收发信号调制、无线收发数据成帧、帧检测、媒数据成帧、帧检测、媒体访问、过失掌握体访问、过失掌握路由生成、路由选择路由生成、路由选择数据流的传输掌握数据流的传输掌握一系列基于监测任一系列基于监测任务的应用层软件务的应用层软件治理传感器节点治理传感器节点如何使用能源如何使用能源检测并注册传感器节点的移检测并注册传感器节点的移动，维护到会聚节点的路由动，维护到会聚节点的路由平衡调度监测任务平衡调度监测任务 改改改改进进进进的的的的协议栈协议栈协议栈协议栈传输

9、掌握传输掌握 路路 由由数据链路数据链路 上上 层层 应应 用用拓拓扑扑QoS能能量量/安安全全/移移动动网网络络治治理理物物 理理时间同步时间同步定位定位依靠于数据传输通道，依靠于数据传输通道，同时为网络协议各层同时为网络协议各层供给信息支持供给信息支持QoSQuality of Service效劳质量效劳质量-队列治理、优先级机制队列治理、优先级机制或带宽预留等机制或带宽预留等机制无无线传感器网感器网络的特点的特点1、大规模网络 1分布在很大的区域 2节点部署很密集2、自组织性网络 传感器节点具有自组织的力量，能够自动进展配置和治理，通过拓扑掌握机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线

10、网络系统。3、动态性网络 适应如下变化：1传感器节点消失故障或失效。2无线通信链路带宽变化，甚至时断时通。3传感器、感知对象、观看者这三要素可能具有移动性。4新节点的参加。4、牢靠的网络 传感器网络的软硬件具有鲁棒性和容错性。5、以数据为中心的网络 传感器网络是任务型的网络。用户直接将所关心的大事通告给网络，网络在获得指定大事的信息后回报给用户。以数据本身作为查询或传输线索。应用用领域域具有特别宽阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业掌握、城市治理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危急区域远程掌握等领域。海洋海洋监测监测网网络络例如例如无无线组线组网示意网示意图图2.1.1 2.1.1 从从传感

11、网到物感网到物联网网2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念2.1.1.2 无线传感器网络概述2.1.1.3 物联网概述2.1.1.3.1 物联网根本概念2.1.1.3.2 物联网技术2.1.1.3.3 应用领域2.1.1.3.1 2.1.1.3.1 物物联网根本概念网根本概念Internet of things IOT通俗讲，物联网就是使物体上网将物体通过网络互联网、局域网、有线网、无线网等连接起来，制造一个满足我们需要的智能化的世界物联网比较正式定义通过条码与二维码、射频标签RFID、全球定位系统GPS、红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备及系统，依据商定的通信

12、协议，通过各种局域网、接入网、互联网将物与物、人与物、人与人连接起来，进展信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和治理的一种信息网络物物联网的字面理解网的字面理解物实体物如一块牛肉、一个快件、一座大桥虚拟物一个工厂的排放污染物监测、企业仓库的火警预警与自动消防等网类型：有线网、无线网缘由：信息传输如无线掌握居室灯泡的亮灭通过物体之间的信息交互，形成更大的虚拟才智物体或才智环境如一个人在智能家居中与环境的智能交互一个城市智能交通系统的运作与治理物物联网特点及本网特点及本质物联网的特点对四周世界实现“可知、可思、可控”可知：能够感知可思：肯定智能的推断可控：对外产生准时的影响物联网的本

13、质是世界信息化新的推动，实现一个才智化世界生活更舒适、生产更高效网络传输信息，信息承载才智有线网、无线网、互联网 -传感网、物联网、泛在网信息的交互，不再局限于人与人从人与人的网络交互到人与人、人与物、物与物的信息交互估计到2023年，全球可以网络连接的智能物体smart things将到达500亿个人均6个2.1.1.3 2.1.1.3 物物联网概述网概述2.1.1.3.1 物联网根本概念2.1.1.3.2 物联网技术2.1.1.3.3 应用领域2.1.1.3.2 2.1.1.3.2 物物联网技网技术物联网技术处理的信息流物联网的根本构架物联网关键技术感知与识别技术物联网组网与互联技术物联网

14、效劳与治理技术物联网应用开发技术物物联网技网技术处理的信息流理的信息流物联网要实现全面感知、牢靠传输、智能处理、自动掌握信息感知信息感知信息传输信息传输信息处信息处理与掌理与掌握握物物联网根本构架网根本构架物物联网根本构架网根本构架物联网的三层分法感知层、网络层、应用层物物联网关网关键技技术感知与识别技术物联网组网与互联技术物联网效劳与治理技术物联网应用开发技术感知与感知与感知与感知与识别识别技技技技术术通过传感器技术、RFID技术、二维码、红外设备等实现对物体的信息感知、定位和识别主要包括自自动识别技技术传感技感技术定位技定位技术感知与感知与识别技技术自自动识别技技术条条码识别技技术射射频识

15、别技技术RFIDRFID等等语音音识别技技术生物特征生物特征识别技技术图象象识别技技术磁磁识别技技术等等 感知与感知与识别技技术传感技感技术传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成供处理的数字信号如温度、压力、流量、位移、速度等 定位技定位技术可分为卫星定位、无线电波定位、传感定位等卫星定位技术有GPS、北斗卫星导航定位系统 蜂窝移动通信系统的小区定位技术 物联网感知层定位如利用RFID传感，车牌、集装箱图像识别感知物体的位置 物联网网络层定位等物物物物联联网网网网组组网与互网与互网与互网与互联联技技技技术术物联网组网的作用将物体通过网络连接，实现感知和掌握信息的传输通过网络将分散多处

16、的物体连接在一起，形成一个虚拟的物体物联网网络的分类传感网+专网+公网Internet无线网络+有线网络主要介绍内容物联网无线网络技术互联网接入技术物物物物联联网无网无网无网无线线网网网网络络技技技技术术无线个域网络 几十米 WPANWireless Personal Area Network BlueTooth网络技术ZigBee网络技术ZigBee通讯速率比较低250K/S，通讯距离较小，功耗较小UWB网络技术 802.15.3 无线局域网络100米左右 WLAN Wireless Local Area Network 802.11802.11a，802.11b，802.11g，802.1

17、1n 无线城域网络 几公里 WMAN Wireless Metropolitan Area Network WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入802.16无线广域网络 十公里 WWANWireless Wide Area NetworkGPRS,3G,3.5G,4G互互联网接入技网接入技术将物联网通过互联网、广电网络、移动通信网络或者下一代网络NGN网络，接入远程网络，实现数据传输互互联网接入技网接入技术接入方式固定接入IPv4地址 局部网络的sink节点接入，外部网络不能直接访问网络中的节点地址面临

18、枯竭IPv6接入IPv6 让地球上每粒沙子都有一个地址物联网的进展将加速IPv6引入IPv6不能够直接应用到传感器设备中，而是需要对IPv6协议栈和路由机制进展相应的精简，以满足对网络低功耗、低存储容量和低传送速率的要求 6LowPAN和RoLL 移动接入车载网智能医疗网络手机网络物物物物联联网效网效网效网效劳劳与治理技与治理技与治理技与治理技术术实现物联网的各种应用效劳与治理技术物联网操作系统中间件技术物联网数据库系统云计算技术语义网技术数据挖掘、智能决策物联网信息安全与隐私爱护 物物联网网应用开用开发技技术物联网工程开发技术物联网工程设计物联网嵌入式开发智能信息处理系统集成开发物联网工程开

19、发流程 需求分析 架构设计 组件设计 感知层硬件、软件设计 通信协议设计应用层监控软件设计2.1.1.3 2.1.1.3 物物联网概述网概述2.1.1.3.1 物联网根本概念2.1.1.3.2 物联网技术2.1.1.3.3 应用领域2.1.1.3.3 2.1.1.3.3 应用用领域域物联网应用面广，渗透性强三大应用领域：群众效劳、工农业应用、公共治理 智能交通、消防、智能建筑、智能家居、智能环保、灾难监测避开、才智医疗、才智老人护理、智能物流、食品安全追溯智能工业掌握、智能电力、智能水利、精准农业才智校园、智能安防、军事安全具有效劳于各行业的性质，需要和行业和产业结合物物物物联联网网网网规规划

20、划划划锁锁定定定定9 9 9 9大重点示范大重点示范大重点示范大重点示范应应用用用用领领域域域域智能交通智能交通智能交通利用物联网技术供给面对交通运输的效劳系统 交通更加智能、安全、节能、高效 治堵，缓解交通压力更安全“十一五“以来道路交通事故死亡人数年均7.6万人 智能智能农业农业监测掌握和治理自动浇灌系统我国农业用水量约占总用水量的80%左右 传感器监测土壤湿度，自动信息分析，电磁阀自动掌握浇灌滴灌、喷雾等智能施肥农产品生产环境监控温室大棚等环境监控土壤水分监测食品追溯食品追溯食品追溯系统 利用物联网技术建立集成生产、检验、监管和消费各个环节的信息治理系统 供给“从农田到餐桌”的追溯模式，

21、建立食品安全信息数据库，从源头上保障消费者的合法权益 利用物联网技术，保障食品安全苏丹红、瘦肉精、地沟油、染色馒头、“化工”猪蹄。食品追溯食品追溯物联网技术监管瓜菜质量利用3G技术、互联网技术、二维条码、RFID溯源技术等，建设田头瓜菜质量监管物联网食品追溯食品追溯食品追溯食品追溯身份猪全国动物标识及疫病可追溯体系猪的身份证：一诞生就戴上二维码耳标，记录诞生地、免疫注射、检疫、运输等信息，传输到中心数据库当进入屠宰场时，工作人员扫描二维码耳标，查看其防疫信息和检疫信息，然后按程序实施屠宰检疫，并登记、保存摘除的二维码耳标智能物流智能物流智能物流系统承受物联网技术，结合电子商务方式运作的现代物流

22、效劳体系物流作业的实时信息采集、分析和处理例如：智能物流车 整合计算机、通信、网络等技术，打造的集数据采集、智能监控、过程掌握于一体的智能物流专用车辆 问题提提问及及沟通沟通休息休息2.1 ZIGBEE2.1 ZIGBEE无无线传感网感网络2.1.1 从传感网到物联网2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用2.1.4 IEEE802.15.4 zigBee无线传感器网络通信标准2.1.5 小结2.1.2 Zigbee2.1.2 Zigbee无无线传感器感器网网络概述概述2.1.2.1 什么是Zigee网络？2.1.2.2 无线传感器网络的短距离无线

23、通信方式2.1.2.3 Zigbee 版本2.1.2.4 Zigbee 芯片2.1.2.1 2.1.2.1 什么是什么是ZigeeZigee网网络？ZigBee技术是一种短距离、低简单度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的通信技术。2023年12月IEEE成立了小组，负责制订媒体存取掌握层MAC与物理层PHY在低速无线个人局域网络Low-Rate Wireless Personal and Network：LR-WPAN的标准，并在2023年5月通过标准。ZigBee联盟是2023年10月由Honeywell、In

24、vensys、Mitsubishi、Motorola与Philips共同成立的，ZigBee联盟负责制订网络层、安全治理、应用界面标准，并且须互通测试，2023年12月正式定案Zigbee 1.0ZigBee-2023，但大局部厂商则以2023年9月公布的标准作为标准，来制作ZigBee协议堆栈如TI的Z-stack协议栈。2023年10月，ZigBee联盟制定完成ZigBee 2023又称ZigBee 1.1，并于2023年1月开放网络下载。此外，ZigBee 2023又称ZigBee Pro的初稿也在2023年11月完成。2.1.2.2 2.1.2.2 2.1.2.2 2.1.2.2 无无

25、无无线传线传感器网感器网感器网感器网络络的短距离无的短距离无的短距离无的短距离无线线通信方通信方通信方通信方式式式式德州仪器2023年推出Wi-Fi CC3000包含完整的TCP/IP通信栈和Wi-Fi驱动，推动物联网进展 WifiWifiWifiWifi、蓝蓝蓝蓝牙、牙、牙、牙、ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee比比比比较较较较 都使用都使用都使用都使用2.4G2.4G2.4G2.4G wifi蓝牙zigbee电池寿命 几小时 几天几年复杂性 非常复杂 复杂简单节点/主节点 32 7 65540覆盖范围 100-300m10m70-300m 速率 11mbps 1M 250kb

26、ps 有效带宽 5M-7M 700 k 100k 安全 一般高高应用 电脑连网 电缆取代 监控和控制 2.1.2.3 Zigbee 2.1.2.3 Zigbee 版本及支版本及支持的芯片持的芯片多个版本2.1.2.4 Zigbee 2.1.2.4 Zigbee 芯片芯片ARM推出全球最节能处理器32位，CC2430的MUC8051是8位Cortex-M0+：ARM于14日宣布，推出全球能源效率最高的微处理器Cortex-M0+，锁定家用电器、医疗监测、电表、照明电力与马达掌握装置等各种广泛应用的才智感测器与才智掌握系统，供给超低耗电、低本钱的微掌握器MCU2.1 ZIGBEE2.1 ZIGBE

27、E无无线传感网感网络2.1.1 从传感网到物联网2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用2.1.4 IEEE802.15.4 zigBee无线传感器网络通信标准2.1.5 小结2.1.3.1 ZIGBEE2.1.3.1 ZIGBEE网网络构成构成在ZigBee网络中存在三种规律设备类型：Coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)协调器Coordinator路由器Router终端节点End-DeviceZigBee网络由一个Coordinator以及多个Router和多个End_Device组成Zigb

28、eeZigbee网网络拓扑拓扑ZigBee 网络支持星状、树状和网状三种网络拓扑构造，如以下图所示，分别依次是星状网络，树簇状网络和网状网络。2.1.3.2 ZIGBEE2.1.3.2 ZIGBEE网网络特点特点数据数据传输速率低：速率低：10KB/秒秒250KB/秒，秒，专注于低注于低传输应用用功耗低：在低功耗待机模式下，两功耗低：在低功耗待机模式下，两节一般一般5号号电池可使用池可使用624个月个月 本本钱低：低：ZigBee数据数据传输速率低，速率低，协议简洁，所以大大降低了本，所以大大降低了本钱 网网络容量大：网容量大：网络可容可容纳65,000个个设备。时延短：通常延短：通常时延都在

29、延都在15ms30ms安全：安全：ZigBee供供给了数据完整性了数据完整性检查和和鉴权功能，承受功能，承受AES-128加密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算法美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一有效范有效范围小：有效掩盖范小：有效掩盖范围1075米，具体依据米，具体依据实际放射功率大小和各放射功率大小和各种不同的种不同的应用模式而定用模式而定工作工作频段敏捷：使用段敏捷：使用频段段为2.4GHz、868MHz欧洲和欧洲和915MHz美美国，均国，均为免免执照免照免费的的频段段传输牢靠：承受碰撞避开策略，同牢靠：承受碰撞避开策略，同时为需要固定需要固定带宽的的业务

30、预留留专用用时隙。隙。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 传感器传感器工业、农业和商业消费电子消费电子个人安康监护 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玩耍玩耍家庭家庭自动化自动化PC 机的机的外围设备外围设备2.1.3.3 ZIGBEE2.1.3.3 ZIGBEE网网络应用用2.1 ZIGBEE2.1 ZIGBEE无无线传感网感网络2.1.1 从传感网到物联网2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用2

31、.1.4 IEEE802.15.4 zigBee无线传感器网络通信标准2.1.5 小结2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 zigBeezigBeezigBeezigBee无无无无线传线传感器网感器网感器网感器网络络通信通信通信通信标标准准准准与zigBee的关系2.1.4.2 IEEE802.15.4 标准及特点2.1.4.3 ZigBee标准及特点与与与与zigBeezigBeezigBeezigBee的关系的关系的关系的关系是IEEEInstitute of Electric

32、al and Electronics Engineers美国电气和电子工程师协会 针对低速率无线个域区域网Wireless personal area networks制定的无线通信标准仅仅制定了物理层标准和MAC层标准等Zigbee协议是Zigbee工业联盟在的根底上研发的具有组网、安全和应用软件方面的通信技术制定了网络层NWK标准、应用层APL标准等2.1.4.2 IEEE802.15.4 2.1.4.2 IEEE802.15.4 标准及特点准及特点标准的主要特征：实现20kbps、40kbps、100kbps、250kbps四种不同的传输速率；支持星型和点到点两种拓扑构造；在网络中实行两

33、种地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是由协调器安排的，64位地址是全球唯一的扩展地址；承受可选的时槽保障Guaranteed Time Slots，GTS机制；承受带冲突避开的载波侦听多路访问Carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA的信道访问机制；支持ACK机制以保证牢靠传输；低功耗机制；信道能量检测Energy Detection，ED；链路质量指示Link quality indication，LQI；工作在ISM频段上，其中在2450 MHz 波段上有16个信道，在915MHz波段上有30个

34、信道，在868MHz上有3个信道；数据安全策略。标准准IEEE 802.15.4 协议栈架构基于开放系统互连模型OSI每一层都实现局部通信功能，并向高层供给效劳物理层由射频收发器和底层的掌握模块组成数据链路层的MAC子层为高层访问物理信道供给点到点通讯的效劳接口特定效劳的聚合子层SSCS为的MAC层接入IEEE 802.2标准中定义的链路掌握子层LLC子层供给聚合效劳LLC为应用层供给链路层效劳标准准信道安排和调制方式频频段段 (MHz)(MHz)扩频扩频参数参数数据参数数据参数片速率片速率 (kchip/s(kchip/s)调调制方式制方式比特速率比特速率 (kb/s)(kb/s)符号速率符

35、号速率 (ksymbol(ksymbol/s)/s)符号符号868868.6300BPSK2020二进制902928600BPSK4040二进制868868.6*400ASK25012.520-bitSPSS902928*1600ASK250505-bitSPSS868868.6*400O-QPSK1002516-ary正交902928*1000O-QPSK25062.516-ary正交24002483.52000O-QPSK25062.516-ary正交标准准IEEE802.15.4 LR-WPAN规定，WSN网络拓扑构造可分为两种：星形和点对点拓扑树形、Mesh标准准标准的MAC子层功能承

36、受CSMA-CA载波侦听、冲突避开的多路访问机制来访问物理信道；协调器对网络的建立与维护；支持PAN网络的关联association与取消关联disassociation；协调器产生信标帧，一般设备依据信标帧与协调器同步；在两个MAC实体之间供给数据牢靠传输；数据的发送，接收与重传；支持安全机制；MACMAC帧构造和构造和PHYPHY帧构造构造2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 2.1.4 IEEE802.15.4 zigBeezigBeezigBeezigBee无无无无线传线传感器网感器网感器网感器网络络通信通信通

37、信通信标标准准准准与zigBee的关系2.1.4.2 IEEE802.15.4 标准及特点2.1.4.3 ZigBee标准及特点2.1.4.3 ZigBee2.1.4.3 ZigBee标准及特准及特点点ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低本钱、低简单度的无线网络技术。ZigBee实行了强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简洁、本钱又低的规格；ZigBee增加了规律网络、网络安全和应用层。ZigBee联盟猜测的ZigBee主要应用领域包括工业掌握、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备掌握等。ZigBeeZigBee技技术简术简介介-短程无短程无线线网网络

38、标络标准准文本文本因特网因特网/声音声音压缩图片压缩图片 多通道数字图像多通道数字图像低低 高高短短程程 长长程程ZigBeeZigBee技技术简术简介介-无无线线网网络标络标准的比准的比较较物理层物理层物理层物理层遵循协议。物理层是协议的最底层，承付着和外界直接作用的任务。主要目的：掌握RF收发器工作。调制方式：扩频通信信号传输距离：50m室内，150m室外。物理层物理层物理层物理层 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 MH

39、z ISM美洲美洲 40 kbps40 kbps 10 10868 MHz868 MHz ISM ISM歐洲歐洲 20 kbps20 kbps 1 1物理层物理层物理层物理层媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层遵循协议负责设备间无线数据链路的建立、维护和完毕确认模式的数据传送和接收可选时隙，实现低延迟传输支持各种网络拓扑构造网络中每个设备为16位地址寻址ZigBeeZigBeeZigBeeZigBee网网网网络络中的三种中的三种中的三种中的三种设备类设备类型型型型网网络协调器：包含全部的网器：包含全部的网络消息，是消息，是3 3种种设备类型中最型中最简单的一种，存的一种，存

40、储容量最大、容量最大、计算力量算力量最最强。发送网送网络信信标、建立一个网、建立一个网络、治理网、治理网络节点、存点、存储网网络节点信息、点信息、查找一找一对节点点间的的路由消息、不断地接收信息。路由消息、不断地接收信息。全功能全功能设备(FFD)(FFD)：可以担当网：可以担当网络协调者，形成网者，形成网络，让其它的其它的FFDFFD或是精或是精简功能装置功能装置RFDRFD连结，FFDFFD具具备掌握器的功能，可供掌握器的功能，可供给信息双向信息双向传输。附附带由由标准指定的全部准指定的全部 802.15.4 802.15.4 功能和全部特征功能和全部特征更多的存更多的存储器、器、计算力量

41、可使其在空算力量可使其在空闲时起网起网络路由器作用。路由器作用。也能用作也能用作终端端设备精精简功能功能设备(RFD)(RFD)：RFDRFD只能只能传送信息送信息给FFDFFD或从或从FFDFFD接收信息。接收信息。附附带有限的功能来掌握本有限的功能来掌握本钱和和简单性性在网在网络中通常用作中通常用作终端端设备。ZigBeeZigBee相相对简洁的的实现自然自然节省了省了费用。用。RFDRFD由于省掉了内存和其他由于省掉了内存和其他电路，降低了路，降低了ZigBeeZigBee部件的部件的本本钱，而，而简洁的的8 8位位处理器和小理器和小协议栈也有助于降低本也有助于降低本钱。设备类型设备类型

42、拓扑类型拓扑类型可否成为网络协调器可否成为网络协调器通话对象通话对象全功能器件（全功能器件（FFDFFD）星形，树形，网状星形，树形，网状可以可以任何任何ZigBeeZigBee设备设备简化功能器件（简化功能器件（RFDRFD）星形星形不可以不可以只能与协调器通话只能与协调器通话媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层全功能器件 FFD可工作于全部网络构造可作为网络协调器可与网络中任何节点通信简化功能器件 RFD仅可和网络中的FFD通信不能作为网络协调器媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层媒体接入掌握层周期性的数据通信由用户打算周期的长短如：烟雾传感器间歇性的数据通信由用

43、户或外界大事引发打算间歇长短如：电灯开关重复而快速反响的数据通信指定固定的时隙进展通信如：鼠标、键盘网络及安全层网络及安全层网络及安全层网络及安全层建立新的网络处理节点的进入和离开网络依据网络类型设置节点的协议堆栈使网络协调器对节点安排地址保证节点之间的同步供给网络的路由保证数据的完整性使用可选的AES-128对通信加密应用层应用层应用层应用层应用支持层维持器件的功能属性应用支持层觉察该器件工作空间中其他器件的工作应用支持层依据效劳和需求使多个器件之间进展通信应用层主要依据具体应用由用户开发ZigbeeZigbee网网络拓扑构造拓扑构造ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee协议栈协议

44、栈协议栈协议栈与与与与Z-stackZ-stackZ-stackZ-stack对应对应对应对应状况状况状况状况Z-stackZ-stackZ-stackZ-stack是是是是TITITITI公司公司公司公司实现实现实现实现ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee协议协议协议协议的一个的一个的一个的一个协议栈协议栈协议栈协议栈2.1 ZIGBEE2.1 ZIGBEE无无线传感网感网络2.1.1 从传感网到物联网2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用2.1.4 IEEE802.15.4 zigBee无线传感器网络通信标准2.1.5 小结2.1.5 2.1.5 小小结本节主要表达了传感网、物联网的根本概念Zigbee无线传感器网络概念、特点及应用IEEE802.15.4 及zigBee通信标准及特点 问题提提问及沟通及沟通 欢送参加送参加 嵌入式无嵌入式无线-物物联网网 高高职师资沟通沟通群群 群号：群号：132 685 132 685 731731 欢送光送光临科学网博客科学网博客-物物联网网专栏