ZigBee技术与应用剖析学习教案

会计学1ZigBee技术技术(jsh)与应用剖析与应用剖析第一页，共43页。第1页/共42页第二页，共43页。第2页/共42页第三页，共43页。第3页/共42页第四页，共43页。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应用层层第4页/共42页第五页，共43页。物理层MAC层网络(wnglu)/安全层应用/支持层作用：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。第5页/共42页第六页，共43页。第6页/共42页第七页，共43页。第7页/共42页第八页，共43页。星状星状网状型网状型簇状型簇状型网络网络(wnglu)协调器协调器全功能设备全功能设备(FFD,Router):(FFD,Router):可以支持任何可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信一种设备进行通信精简功能设备精简功能设备(RFD):(RFD):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信，协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单实现简单。第8页/共42页第九页，共43页。网络协调器：包含所有的网络消息，是网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种种设备类型中最复杂的一种(y zhn)，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、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。，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）：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（或是精简功能装置（RFD）连结，）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。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只能传送信息给只能传送信息给FFD或从或从FFD接收信息。接收信息。第9页/共42页第十页，共43页。第10页/共42页第十一页，共43页。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(j wi)复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。第11页/共42页第十二页，共43页。第12页/共42页第十三页，共43页。第13页/共42页第十四页，共43页。第14页/共42页第十五页，共43页。第15页/共42页第十六页，共43页。第16页/共42页第十七页，共43页。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竞争和冲突；明晰的信道检测据时的竞争和冲突；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。数据包都必须等待接受方的确认信息。网络的自组织自愈能力强网络的自组织自愈能力强ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够(nnggu)感知其他节点的存在，并确定连结关系，组感知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络；成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置自愈功能：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，网络都能够发生变动，节点发生故障等等，网络都能够(nnggu)自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。工干预，保证整个系统仍然能正常工作。第17页/共42页第十八页，共43页。第18页/共42页第十九页，共43页。第19页/共42页第二十页，共43页。第20页/共42页第二十一页，共43页。数据传输速率低：数据传输速率低：10KB/秒秒-250KB/秒，专注于低传输应用秒，专注于低传输应用功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用号电池可使用6-24个月个月成本低：成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以数据传输速率低，协议简单，所以(suy)大大降低了成本大大降低了成本网络容量大：网络可容纳网络容量大：网络可容纳65000个设备个设备时延短：典型搜索设备时延为时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为，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，是目前最好的文本加密算法之一），各个应用可灵活确定其安全属性加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一），各个应用可灵活确定其安全属性工作频段灵活：使用频段为工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段（美国），均为免执照（免费）的频段第21页/共42页第二十二页，共43页。第22页/共42页第二十三页，共43页。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持大型网络需要支持大型网络(wnglu)接点的数量级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需要多方面的较复杂的网络(wnglu)拓扑结构应用拓扑结构应用要求高的网络要求高的网络(wnglu)自组织、自恢复能力自组织、自恢复能力第23页/共42页第二十四页，共43页。低速(d s)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 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 机的机的外围设备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第24页/共42页第二十五页，共43页。结合结合(jih)ZigBee和和GPRS的无线数据传输网络的无线数据传输网络第25页/共42页第二十六页，共43页。基于基于ZigBee的油田油井的油田油井(yujng)遥测遥控无线通信遥测遥控无线通信第26页/共42页第二十七页，共43页。ZigBeeZigBee技术在石油技术在石油(shyu)(shyu)石化行业的应用石化行业的应用液化天然气罐远程监控液化天然气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第27页/共42页第二十八页，共43页。ZigBeeZigBee技术在石油技术在石油(shyu)(shyu)石化行业的应用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第28页/共42页第二十九页，共43页。基于基于(jy)ZigBee(jy)ZigBee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第29页/共42页第三十页，共43页。ZigBeeZigBee智能交通智能交通(jiotng)(jiotng)控制系统无线通信方案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第30页/共42页第三十一页，共43页。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- -交通路口交通路口(lku)(lku)控制通信控制通信 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第31页/共42页第三十二页，共43页。基于基于ZigBeeZigBee技术技术(jsh)(jsh)的无线三表远程抄表系统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第32页/共42页第三十三页，共43页。基于基于ZigBeeZigBee技术的无线三表远程技术的无线三表远程(yunchng)(yunchng)抄表系统抄表系统第33页/共42页第三十四页，共43页。第34页/共42页第三十五页，共43页。第35页/共42页第三十六页，共43页。第36页/共42页第三十七页，共43页。 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(yuq)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。第37页/共42页第三十八页，共43页。CompXs 第38页/共42页第三十九页，共43页。第39页/共42页第四十页，共43页。自从自从Bluetooth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Bluetooth的售价一直居高不下，影响了这些厂商的使用意愿。的售价一直居高不下，影响了这些厂商的使用意愿。 ZigBee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。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。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。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。对于大量的节点对于大量的节点(ji din)，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。，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。 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。第40页/共42页第四十一页，共43页。第41页/共42页第四十二页，共43页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第42页/共42页第四十三页，共43页。