Zigbee技术介绍.ppt
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11ZigbeeZigbee无线通信技术无线通信技术一、一、Zigbee技术简介技术简介二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析三、三、Zigbee技术应用范围技术应用范围四、小结四、小结2一、一、Zigbee技术简介技术简介一、一、Zigbee起源什么技术?
起源什么技术?
在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。
对工业,家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等,而工业自动化,对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线数据传输必需是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
因此,经过人们长期努力,ZigBee协议在2003年中正式问世了。
3一、一、Zigbee技术简介技术简介实验证明实验证明IEEE802.15.4/ZigBee的误码率,特别是在信噪比为的误码率,特别是在信噪比为4dB的情况下可达到的情况下可达到10-9;达到同样误码率,蓝牙达到同样误码率,蓝牙/802.15.1信噪比要达信噪比要达16dB,802.11b要达要达10dB,Zigbee的抗干扰性能的抗干扰性能明显高于蓝牙和明显高于蓝牙和WLAN技术技术。
4一、一、Zigbee技术简介技术简介二、什么是二、什么是Zigbee?
ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。
由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位和远近信息的,也就是说蜜蜂依靠着这样的方式构成了群体中的通信“网络”,因此ZigBee的发明者们形象地利用蜜蜂的这种行为来描述这种无线信息传输技术。
5一、一、Zigbee技术简介技术简介三、三、Zigbee协议的发展历史协议的发展历史1.ZigBee的前身是的前身是1998年由年由INTEL、IBM等产业巨头发起的等产业巨头发起的“HomeRFLite”技术技术2.2000年年12月成立了工作小组起草月成立了工作小组起草IEEE802.15.4标准标准,Zigbee联盟成立于联盟成立于2001年年8月月3.2002年下半年,英国年下半年,英国Invensys公司、日本三菱公司、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电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布加盟体公司四大巨头共同宣布加盟“Zigbee联盟联盟”,以,以研发名为研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准,这一的下一代无线通信标准,这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。
事件成为该项技术发展过程中的里程碑。
4.2004年年12月月ZigBee1.0标准标准(又称为又称为ZigBee2004)敲定,这使得敲定,这使得ZigBee有了自己的发展基本标准有了自己的发展基本标准。
6一、一、Zigbee技术简介技术简介三、三、Zigbee协议的协议的发展历史发展历史5.2005年年9月公布月公布ZigBee1.0标准并提供下载。
在这一年标准并提供下载。
在这一年里,华为技术有限公司和里,华为技术有限公司和IBM公司加入了公司加入了ZigBee联盟。
联盟。
但是基于该版本的应用很少,与后面的版本也不兼容。
但是基于该版本的应用很少,与后面的版本也不兼容。
6.2006年年12月进行标准修订,推出月进行标准修订,推出ZigBee1.1版版(又又称为称为ZigBee2006)。
该协议虽然命名为。
该协议虽然命名为ZigBee1.1,但是与但是与ZigBee1.0版是不兼容的。
版是不兼容的。
7.2007年年10月完成再次修订月完成再次修订(称为称为ZigBee2007/PRO)。
能够。
能够兼容之前的兼容之前的ZigBee2006版本,并且加入了版本,并且加入了ZibgeePRO部分,部分,此时此时ZigBee联盟更加专注于以下三个方面:
联盟更加专注于以下三个方面:
1)、家庭自动化、家庭自动化(HomeAutomation;HA);2)、建筑、建筑/商业大楼自动化商业大楼自动化(BuildingAutomation;BA);3)、先进抄表基础建设、先进抄表基础建设(AdvancedMeterInfrastructure;AMI);7二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析一、一、ZigBee频带和数据传输率频带和数据传输率二、二、Zigbee物理信道物理信道三、无线网络标准的比较三、无线网络标准的比较四、四、zigbee技术优势技术优势五五、Zigbee协议栈协议栈六、六、ZigBee网络拓扑结构网络拓扑结构七、七、ZigBee网络地址网络地址八、八、ZigBee网络设备类型网络设备类型九、九、Zigbee抗干扰能力抗干扰能力十、十、ZigBee可靠链路可靠链路8二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析一、一、ZigBee频带和数据传输率频带和数据传输率ZigBee无线可使用的频段有无线可使用的频段有3个,分别是个,分别是2.4GHz的的ISM频频段、欧洲的段、欧洲的868MHz频频段、以及美国的段、以及美国的915MHz频段,而不频段,而不同频段可使用的信道分别是同频段可使用的信道分别是16、1、10个;个;ZigBee在中国采用在中国采用2.4G的的ISM频段,是免申请和免使用费的频段,是免申请和免使用费的频率,在频率,在2.4G的频段上的频段上具有具有16个信道,带宽为个信道,带宽为250K。
9二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析二、二、Zigbee物理信道物理信道ZigBee在在2.4G的频段上具有的频段上具有16个信道,从个信道,从2.405GHz2.480GHz间分布,信道间隔间分布,信道间隔是是5M,具有很强的信道抗串扰能力。
具有很强的信道抗串扰能力。
10二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析三、无线网络标准的比较三、无线网络标准的比较11二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析四、四、zigbee技术优势技术优势低功耗低功耗。
在低耗电待机模式下。
在低耗电待机模式下,2节节5号干电池可支持号干电池可支持1个个节点工作节点工作624个月个月,甚至更长。
这是甚至更长。
这是Zigbee的突出优势。
相比较的突出优势。
相比较,蓝牙能工作数周、蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
可工作数小时。
低成本低成本。
通过大幅简化协议。
通过大幅简化协议(不到蓝牙的不到蓝牙的1/10),降低了对通降低了对通信控制器的要求信控制器的要求,按预测分析按预测分析,以以8051的的8位微控制器位微控制器(MCU)测算测算,主节点需要主节点需要32KB代码代码,子节点少至子节点少至4KB代码代码,而且而且Zigbee免协议免协议专利费。
专利费。
每块芯片的价格大约为每块芯片的价格大约为2美元美元。
低速率低速率。
Zigbee工作在工作在20250kbps的较低速率的较低速率,分别提分别提供供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。
满足低速率传输数据的应用需求。
近距离近距离。
传输范围一般介于。
传输范围一般介于10100m之间之间,在增加在增加RF发射功率后发射功率后,亦可增加到亦可增加到13km。
这指的是相邻节点间的距离。
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如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。
传输距离将可以更远。
12二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析短时延短时延。
Zigbee的响应速度较快的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状一般从睡眠转入工作状态只需态只需15ms,节点连接进入网络只需节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。
进一步节省了电能。
相比较相比较,蓝牙需要蓝牙需要310s、WiFi需要需要3s。
高容量高容量。
Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构可采用星状、片状和网状网络结构,由一由一个主节点管理若干子节点个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理最多一个主节点可管理254个子节点个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成最多可组成65000个节个节点的大网。
点的大网。
免执照频段免执照频段。
采用直接序列扩频在。
采用直接序列扩频在工业科学医疗工业科学医疗(ISM)频频段段,2.4GHz(全球全球)、915MHz(美国美国)和和868MHz(欧洲欧洲)。
IndustrialScientificMedical(ISM)13二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析五、五、Zigbee协议栈协议栈
(1)TI公司开发的公司开发的Z-Stack是是ZigBee协议栈,并且经过了协议栈,并且经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用
(2)TI公司的公司的Z-Stack协议栈装载在一个基于协议栈装载在一个基于IAR开发环境的工程开发环境的工程里里(3)Z-Stack采用操作系统的思想来构建采用操作系统的思想来构建,采用,采用事件轮循机制事件轮循机制,当,当各层初始化之后,系统进入低功耗模式,当事件发生时,唤醒系各层初始化之后,系统进入低功耗模式,当事件发生时,唤醒系统,开始进入中断处理事件,结束后继续进入低功耗模式;如果统,开始进入中断处理事件,结束后继续进入低功耗模式;如果同时有几个事件发生,判断优先级,逐次处理事件,同时有几个事件发生,判断优先级,逐次处理事件,这种软件构这种软件构架可以极大地降低系统的功耗。
架可以极大地降低系统的功耗。
14二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析五五、Zigbee协议栈协议栈(4)整个)整个Z-Stack采用采用分层分层的软件结构:
的软件结构:
硬件抽象层硬件抽象层(HAL)提供)提供各种硬件模块的驱动,包括定时器各种硬件模块的驱动,包括定时器Timer,通用,通用I/O口口GPIO,通,通用异步收发传输器用异步收发传输器UART,模数转换,模数转换ADC的应用程序接口的应用程序接口API,提供各种服务的扩展集提供各种服务的扩展集;操作系统抽象层操作系统抽象层OSAL实现了一个易用的操作系统平台,通过实现了一个易用的操作系统平台,通过时时间片轮转函数间片轮转函数实现任务调度,提供实现任务调度,提供多任务处理机制多任务处理机制。
用户可以调。
用户可以调用用OSAL提供的相关提供的相关API进行多任务编程,将自己的应用程序作进行多任务编程,将自己的应用程序作为一个独立的任务来实现为一个独立的任务来实现.(5)整个)整个Z-stack的主要工作流程,大致分为的主要工作流程,大致分为系统启动,驱动初始系统启动,驱动初始化,化,OSAL初始化和启动,进入任务轮循初始化和启动,进入任务轮循几个阶段几个阶段15二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析五、五、Zigbee协议栈协议栈Z-stack流程图流程图16二、二、Zigbee技术特性和性能分析技术特性和性能分析五、五、Zigbee协议栈协议栈OSAL是协议栈的核心是协议栈的核心Z-stack的任何一个子系统都作的任何一个子系统都作为为OSAL的一个任务,因此在开的一个任务,因此在开发发应用层应用层的时候,必须通过创建的时候,必须通过创建OSAL任务来运行应用程序任务来运行应用程序任何任何OSAL任务必须分为两步:
任务必须分为两步:
一是进行任务初始化一是进行任务初始化二是处理任务事件
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