Zigbee无线通信技术.ppt
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1、1,1,Zigbee无线通信技术,一、Zigbee技术简介 二、Zigbee技术特性和性能分析 三、Zigbee技术应用范围 四、小结,2,一、Zigbee技术简介,一、什么是Zigbee? Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时,通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴,达到交换信息的目的。可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术,亦包含此寓意。ZigBee联盟成立于2001年8月,2002年下半年,英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigB
2、ee联盟,这一事件成为ZigBee技术的里程碑。到目前为止,加盟ZigBee联盟的不仅仅只有当初的四大公司,而是涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。,3,一、Zigbee技术简介,二、ZigBee技术特点 ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术; ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层所规定的全部优点 :省电、简单、 成本又低的规格;ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用层; ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控
3、制等场合;,4,二、Zigbee技术特性和性能分析,一、ZigBee 频带和数据传输率 二、短程无线网络标准 三、无线网络标准的比较 四、zigbee 技术优势 五、Zigbee 物理信道 六、Zigbee 协议栈 七、ZigBee 网络拓扑结构 八、ZigBee 网络设备类型 九、Zigbee 抗干扰能力 十、ZigBee 可靠链路,5,二、Zigbee技术特性和性能分析,一、ZigBee 频带和数据传输率 ZigBee 无线可使用的频段有 3 个,分别是 2.4GHz 的 ISM 频段、欧洲的 868MHz 频 段、以及美国的 915MHz 频段,而不同频段可使用的信道分别是 16 、 1
4、 、 10 个; ZigBee 在中国采用 2.4G 的 ISM 频段,是免申请和免使用费的频率,在 2.4G 的频段上 具有 16 个信道,带宽为 250K。,6,二、Zigbee技术特性和性能分析,二、短程无线网络标准,ZigBee 和 802.15.4 标准都适合于低速率数据传输,最大速率为 250K,与其他无线技术比较,适合传输距离相对较近; ZigBee 无线技术适合组建 WPAN 网络,就是无线个人设备的联网,对于数据采集和控制 信号的传输是非常合适的。 ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。,7,二、Zigbee技术特性和性能分析,三、无线网络标准的
5、比较 ZigBee 无线的传输带宽在 20-250KB/s 范围,适合传感器数据采集和控制数据的传输; ZigBee 无线可以组建大规模网络,网络节点容量达到 65535 个,具有非常强大的组网优 势; ZigBee 技术特有的低功耗设计,可以保证电池工作很长时间。,8,二、Zigbee技术特性和性能分析,四、zigbee 技术优势 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624个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。 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
6、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。 低速率。Zigbee工作在20250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。 近距离。传输范围一般介于10100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到13 km。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。,9,二、Zigbee技术特性和性能分析,短时延。Zigbee 的响应速度较快
7、,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要310 s、WiFi 需要3 s。 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。 高安全。Zigbee 提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码,以灵活确定其安全属性。 免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段,2. 4 GHz (
8、全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。,10,二、Zigbee技术特性和性能分析,五、Zigbee 物理信道 ZigBee 在 2.4G 的频段上具有 16 个信道,从 2.405GHz 2.480GHz 间分布,信道间隔 是 5M,具有很强的信道抗串扰能力。,11,二、Zigbee技术特性和性能分析,六、Zigbee 协议栈 ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层所规定的全部优点 ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用软件,更加适合于产品技术的一致化,利于产 品的互连互通; ZigBee 继续与 IEEE 紧密结合,以保证向市场提供
9、一种完整的集成解决方案。,12,二、Zigbee技术特性和性能分析,七、ZigBee 网络拓扑结构 ZigBee 技术具有强大的组网能力,可以形成星型、树型和 MESH 网状网,可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构; MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能,网络可以通过“多级跳”的方式来通信; 该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络;网络还具备自组织、自愈功能; 星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。,星型,Mesh网状网,簇状网,网络协调器,全功能设备 (FFD ,Router),精简功能设备 ( RFD ),13,二、Zigbee技术特性和性能分析,八、ZigBee 网
10、络设备类型 网络协调器: 包括所有的网络消息,是 3 种设备类型中最复杂的一种,存储容量最大、计算 机能力强。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消息、不断地接收信息。 全功能设备(FFD): 可以担任网络协调者,形成网络,让其它的 FFD 或是RFD连结,FFD 具备控制器的功能,可提供信息双向传输。 附带由标准指定的全部 802.15.4 功能和所有特征 更多的存储器、计算机能力可使其在空闲时起网络路由作用。 也可能做终端设备 精简功能设备(RFD): RFD 只能传送信息给 FFD 或从 FFD 接收信息。 附带有限的功能来控制成本和复杂性
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