zigbee簡(jiǎn)介分析

1、Zigbee簡(jiǎn)介姚建峰前期課程 電子技術(shù) C 語(yǔ)言 單片機(jī)學(xué)習(xí)方法 多看書(shū)：才能記憶理解 多在網(wǎng)上查資料：通，廣，深 多動(dòng)手：加深理解，提高能力要求 上課點(diǎn)名 課前預(yù)習(xí) 上課認(rèn)真 課后多看書(shū)，做作業(yè) 實(shí)驗(yàn)要有結(jié)果Zigbee簡(jiǎn)介 ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。 ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。 其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。 主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。 ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理

2、層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。Zigbee名稱的由來(lái) 這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig 之字形 )地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。起源 由IEEE 802.15工作組中提出，并由其TG4工作組制定規(guī)范。 2001年8月，ZigBee Alliance成立。 2004年，ZigBee V1.0誕生。它是Zigbee規(guī)范的第一個(gè)版本。由于推出倉(cāng)促，存在一些錯(cuò)誤。 2006年，推出ZigBee 2006，比較完善。 2007年底，ZigBee PR

3、O推出。 2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具備更強(qiáng)的靈活性和遠(yuǎn)程控制能力。ZigBee聯(lián)盟 使命：ZigBee聯(lián)盟是一個(gè)高速增長(zhǎng)的非牟利業(yè)界組織，成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、代工生產(chǎn)商以及最終使用者。成員正制定一個(gè)基于IEEE802.15.4、可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。目標(biāo)：ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是為消費(fèi)者提供更富彈性、更易用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球民用、商用、公用及工業(yè)用等市場(chǎng)。生產(chǎn)商終于可以利用ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠、便宜又省電的各種產(chǎn)品。特性 低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5

4、號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。TI公司和德國(guó)的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機(jī)給TI公司的ZigBee提供電源。 低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為2美元。 低速率。ZigBee工作在20250kbps的速率，分別提供250 kbps(2.4GHz)

5、、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。 近距離。傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到13km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。 短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要310s、WiFi 需要3 s。 高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多

6、可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。 高安全。ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。 免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，915MHz(美國(guó)), 868MHz(歐洲), 2. 4GHz(全球) 。 由于此三個(gè)頻帶物理層并不相同，其各自信道帶寬也不同，分別為0.6MHz, 2MHz和5MHz。分別有1個(gè), 10個(gè)和16個(gè)信道。 這三個(gè)頻帶的擴(kuò)頻和調(diào)制方式亦有區(qū)別。擴(kuò)頻都使用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)，但從比特到碼片的變換差別較大

7、。調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù)，但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。 在發(fā)射功率為0dBm的情況下，藍(lán)牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內(nèi)通常能達(dá)到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達(dá)到400米(TI CC2530不加功率放大)。 所以ZigBee可歸為低速率的短距離無(wú)線通信技術(shù)。Zigbee、藍(lán)牙、WIFI傳輸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比圖ZigBee節(jié)點(diǎn)的分類 ZigBee節(jié)點(diǎn)所屬類別主要分三種，分別是協(xié)調(diào)器(Coodinator)、路由器(Router)、終端(End Device)。 同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，也只能有1個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)

8、責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)16位地址分配（自動(dòng)分配）。理論上可以連上65536個(gè)節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器的功能特點(diǎn)協(xié)調(diào)器的功能特點(diǎn) 選擇一個(gè)頻道和 PAN ID，組建網(wǎng)絡(luò) 允許路由和終端節(jié)點(diǎn)加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò) 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由 必須常電供電，不能進(jìn)入睡眠模式 可以為睡眠的終端節(jié)點(diǎn)保留數(shù)據(jù)，至其喚醒后獲取終端節(jié)點(diǎn)的功能特點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)的功能特點(diǎn) 在進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)之前，必須首先加入一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò) 不能允許其他設(shè)備加入 必須通過(guò)其父節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)，不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由 可由電池供電，進(jìn)入睡眠模式路由器的路由器的功能特點(diǎn)功能特點(diǎn)在終端節(jié)點(diǎn)功能基礎(chǔ)上，增加了路由功能，作為網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)，用于多級(jí)跳通信。 終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)

9、器或者某個(gè)路由器加入網(wǎng)絡(luò)后，便成為其“子節(jié)點(diǎn)”；對(duì)應(yīng)的路由器或者 協(xié)調(diào)器即成為“父節(jié)點(diǎn)”。由于終端節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入睡眠模式，其父節(jié)點(diǎn)便有義務(wù)為其保留其他節(jié) 點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，直至其醒來(lái)，并將此數(shù)據(jù)取走。節(jié)點(diǎn)類型zigbee兩種不同類型的設(shè)備，一種是具有完整功能的設(shè)備（FFD），另一種是簡(jiǎn)化功能的設(shè)備（RFD）。 在網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)FD通常有3中工作狀態(tài)：（1）作為個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）的主協(xié)調(diào)器；（2）作為一個(gè)普通協(xié)調(diào)器；（3）作為一個(gè)終端設(shè)備。FFD可以同時(shí)和多個(gè)RFD或其他FFD通信。 而RFD則只用一種工作狀態(tài)即作為一個(gè)終端設(shè)備，并且一個(gè)RFD只能和一個(gè)FFD通信。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型網(wǎng) 所有節(jié)點(diǎn)只能與協(xié)

10、調(diào)器通信。該組網(wǎng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但是由于受到通信距離的限制，所以該組網(wǎng)方式網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍比較小。樹(shù)型網(wǎng) 節(jié)點(diǎn)之間的信息只能沿著樹(shù)的路徑向上傳遞到共同的父節(jié)點(diǎn)，再由共同的父節(jié)點(diǎn)向下轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。該組網(wǎng)方式路由算法簡(jiǎn)單，但是一旦網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)路由器出現(xiàn)故障時(shí)，與之相連的子節(jié)點(diǎn)就從網(wǎng)絡(luò)中斷開(kāi)，無(wú)法通信。網(wǎng)狀網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的設(shè)備之間都可以對(duì)等、直接相互通信，在通信范圍內(nèi)不需要其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。該組網(wǎng)方式路由算法復(fù)雜，但是由于網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有重新選擇路由的功能，所以當(dāng)某個(gè)路由器出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)重新組網(wǎng)，因此該組網(wǎng)方式良好的可靠性。應(yīng)用 ZigBee的應(yīng)用領(lǐng)域主要有: 1. 智能家居物聯(lián)網(wǎng) （物聯(lián)網(wǎng)似乎已經(jīng)成了趨勢(shì)，我們拭目