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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)
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
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.
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。
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。
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,支持星形(Star)、树形(ClusterTree)、网格(Mesh)等多种拓扑结构
应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构 最重要的是网状网络(Mesh)
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。
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。
• 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。
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。
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设备组建用
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。