zigbee简介_ppt

80-90年代无线产品应用
无线SOC技术，短距离无线通讯的曙光
• 2003年在欧洲的挪威，冒出了两家创新公司，分别 是CHIPCON (2006 年被TI公司2亿美元收购)，另一家 是Nordic 公司。这两家公司采用CMOS 高频技术，将无 线收发器完全集成到芯片内部,外部只有很少的元件， 同时 使电路板设计非常简化。另外，他们也将8051单 片机和高频电路进行集成， 这就诞生了”无线单片机”。 射频SoC 单片机(简称无线单片机)的出现，为不具 备无线通讯经验和高频 电路经验的电子工程师，提供了 非常简单的解决方案。这是因为： 1)专门的设计，将全部的高频部分电路集成到了电路 内部，从无线单片机到 天线之间，只有简单的滤波电 路，系统设计者完成不必进行任何高频电路设 计； 2)采用特殊设计，使8051 的微处理器和高频线路 间，实现完美的配合，数 字 电路对高频通讯的影响减低到最小； 3)设置了高频通讯的若干寄存器，将高频通讯的处 理，简化为对寄存器的简 单操作处理，即你只需要对这 些寄存器进行操作，就可以轻松完成无线通讯 功能。 代表作有NRF2401，CC1000，NRF905， NRF9E5，CC1010，CC2430…….
ZigBee和简单无线通讯之间 最大区别
• 简单的点到点，点到多点通讯（目前很多这样的 数传模块），包装结构比较简单，主要为同步序 言，数据，校验几部分组成。而ZigBee是采用数 据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包 装， 包含了大量时间，地址，命令，同步等信息，真 正的数据信息只占很少部分，而这正是ZigBee可 以实现网络组织管理，实现高可靠传输的关键。 • 同时，ZigBee采用了MAC技术和DSSS （直扩 序列调制）技术，能够实现高可靠，大规模网络 传输。
协议栈各层功能介绍
• PHY定义zigbee设备的工作频段2.4Ghz。 • MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。 • SAP是为某一特定层提供的服务与上层之 间的接口。ZigBee的不同层与 MAC就是 通过服务接入点(SAP)进行连接。 • 应用层由用户开发提供功能服务函数。 • 安全服务提供层提供信息安全加锁服务。
⑥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。
⑦高安全
• Zigbee 提供了三级安全模式 1 包括无安全设定 2 使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数 据 3 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。
科尔华zigbee无线通信模块
• 方案2 模块中用Ti公司的zigbee cc2480芯片取 代JN5139芯片。 TI公司的技术支持比较完善。
后续开发计划
• 上述两款无线通信模块的无线控制器都是 协议栈内核内嵌，不可改动，只能调用。 虽然便于开发，但在价格上比不内嵌协议 栈的无线控制器贵（cc2480比cc2430贵2 元），公司将在CC2430上开发自己的 zigbee协议栈内核，降低成本。 • 在zigbee无线通信模块开发成熟的情况下 进行zigbee传感器模块的开发。
④近距离
• 传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加 RF 发射功率后,亦可增加到1～3 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（理论上无限）。
⑤短时延
• Zigbee 的响应速度较快,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3～10 s、WiFi 需要3 s。
协议栈核心—网络层
• ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络 层主要实现节点加入或离开网络、接收或 抛弃其他节点、路由查找以及传送数据等 功能，支持Cluster-Tree，AODVjr， Cluster-Tree＋AODVjr等多种路由算法， 支持星形（Star）、树形（ClusterTree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构
无线抄表网络
Zigbee联盟
• 国际著名soc半导体生产商、技术提供者、 代工生产商以及最终使用者成立了一个非 牟利业界组织 zigbee联盟，目的在于制定 一个基于IEEE802.15.4、可靠、高性价比、 低功耗的网络应用技术——zigbee 。生产 商可以利用ZigBee这个标准化无线网络平 台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种 无线产品。
②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。
③ 低速率
• Zigbee工作在20～250 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。
应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构 最重要的是网状网络（Mesh)
ZigBee节点类型
节点工能介绍
• 1.协调器 • 上电启动和配置网络（例如设定网络标示符 ，选择信道）， 一旦完成后相当于路由器功能。 • 2.路由器 • (1)允许其他网络设备加入 (2)多路跳由 (3)协助电池供电的子节点通信 (4)自己作为终端节点应用 3 终端节点 向路由节点传递数据，可选择睡眠与唤醒。 （路由因不断转发数据需电池供电，终端节点电池供电)
⑧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 (全球) 、915 MHz(美国) 和 868 MHz(欧洲) 。 此三个频带物理层并不相同,其各自信道带 宽也不同,分别为0.6MHZ,2MHZ和5MHZ. 分别有1个10个和16个信道.
几种无线通信技术参数对比
ZigBee会员
ZIGBEE回应了无线SOC发展的需求
• ZigBee技术有自己的无线电标准，在数千 个微小的传感器之间相互协调实现网络通 信。这些传感器只需要很低的功耗， 以接 力的方式通过无线电波将数据从 一个传感 器传到另一个传感器，因此它们的通信效 率非常高。 ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是 IEEE无线个人区域网工作组的一 项标准， 被称作IEEE802.15.4(ZigBee) 技术标准。
3.ZigBee技术优点
• • • • ①低功耗 ③ 低速率 ⑤短时延 ⑦高安全 ②低成本 ④近距离 ⑥高容量 ⑧免执照频段
①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6～24个月,甚至更长。 • 这是Zigbee的突出优势（在传感控制领 域）。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工 作数小时。
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祝科尔华公司在我们全体员工的努力下 在此产品上取得圆满成功！
The End！
soc短距离无线应用的深入， 对低成本无线网络技术提出了需求
• 应用中很多节点在密集区域 —— 需求组网，高效 率空中防碰撞。 • 工业应用中环境复杂，要求穿透多层水泥墙等障 碍物，传输路径不定——需求无线路由(多跳通 信）。 • 高通讯可靠性——防干扰，加密。 • 低功耗。 • 容易安全接入和安装 ——自组网，自恢复网络， 网络安全。
Zigbee是IEEE 802.15.4的扩展
• ZigBee不仅只是IEEE802.15.4的名字。 IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，而 ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了 标准化。 • ZigBee联盟还开发了安全层。
Zigbee技术的表现形式
• 由各种软件代码，分层次 组成的软件协议栈。 • 代码分类：应用层， 应用安全层，网络层， MAC层等等。 • 代码形式：源代码和库文件。
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CC2430 无线soc
完整的CC2430通信模块
无线单片机的普及 为短距离无线通讯带来的全新变化
• 高度集成SOC，简化了高频设计，使开发 无线应用设计转移到以软件代码为中心； • 大量低价格，直观显示为特点的无线开发、 测试工具的诞生，使无线应用开发成本大 大降低； 在家建立自己的无线开发平台不 是梦 想； • 无线SOC得到了非常广泛应用，特别是无 线鼠标，键盘和游戏摇杆等方面。
ZigBee设备应用介绍
什么是zigbee设备
• 采用zigbee技术的无线soc就是zigbee设 备，zigbee技术使无线soc方便的构建无 线传输网络。
Zigbee设备组建信息采集和控制网络
无线抄表
科尔华zigbee无线通信模块
方案1.应用jennic公司的zigbee5139芯片， 集成所有射频组件，做成表贴安装的模块 产品。对于想开发一个无线控制器，无线 传感器的用户而言，只用连接电源和外部 设备（传感器，动作器） 等等，可以减少显著的 工作开发量。
zigbee 技术简介
典型的短距离无线通讯系统
ห้องสมุดไป่ตู้ 无线发展历程
• 80年代,当单片机技术已经广泛普及，8051如日中天 的时候,手机还是价值万元的大砖头,语音通讯也只有8K/S 的通讯速度,无线通讯技术还是像美国莫托罗拉这样大公 司实验室里的前沿。 • 90年代,向TI这样的大公司，投入巨资，开发短距离 通讯芯片，10年努力,确以失败告终，有人统计过，那时， 在美国进行无线产品的项目开发,有85%以上的开发项目 会失败。复杂的高频，昂贵的设备，完全被封锁的技术， 无线还只是在“天上”。 • 最成功的应用，应该是汽车遥控器和车库门遥控这样 的简单技术。