无线接入技术Zigbee技术课件.ppt

1、2023-1-18无线接入技术Zigbee技术无线接入技术无线接入技术Zigbee技技术术无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介ZigBee是什么？无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 短程无线网络标准无线接入技术Zigbee技术n ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；n ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。n ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。ZigBee技术简介 短程无线网络标

2、准无线接入技术Zigbee技术nZigBee堆栈是在堆栈是在IEEE 802.15.4标标准基础上建立的，准基础上建立的，从下往上依次是从下往上依次是物理层，物理层，MAC层，层，网络网络/安全层，应安全层，应用支持子层，应用支持子层，应用层。用层。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无线接入技术Zigbee技术物理物理层层MAC层层网络网络/安全安全层层支持支持/应用应用层层作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：物理层是物理

3、层是协议的最底协议的最底层，承付着层，承付着和外界直接和外界直接作用的任务作用的任务。主要目的主要目的：控制控制RF收发器工作收发器工作。负责设备间负责设备间无线数据链路无线数据链路的建立、维护的建立、维护和结束和结束确认模式的确认模式的数据传送和接数据传送和接收。收。建立新网络，建立新网络，保证数据的传保证数据的传输。输。对数据进行加对数据进行加密，保证数据密，保证数据的完整性。的完整性。应用支持层根应用支持层根据服务和需求使据服务和需求使多个器件之间进多个器件之间进行通信。行通信。应用层主要根应用层主要根据具体应用由用据具体应用由用户开发。户开发。无线接入技术Zigbee技术n ZigBe

4、e 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层所规定的全部优点；n ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用软件，更加适合于产品技术的一致化，利于产品的互连互通；n ZigBee 继续与 IEEE 紧密结合，以保证向市场提供一种完整的集成解决方案。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 短程无线网络标准无线接入技术Zigbee技术n ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；n ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。n

5、 ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。ZigBee技术简介 短程无线网络标准无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 无线网络标准的比较无线接入技术Zigbee技术nZigBee 无线的传输带宽在20-250KB/s范围，适合传感器数据采集和控制数据的传输；nZigBee 无线可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，具有非常强大的组网优势；nZigBee 技术特有的低功耗设计，可以保证电池工作很长时间。ZigBee技术简介 无线网络标准的比较无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 ZigBee技术优势无线接入技术Zigbee技术Zig

6、Bee技术简介 频带和带宽n ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频段、欧洲的 868MHz 频段、以及美国的 915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是 16、1、10 个；n ZigBee 在中国采用2.4G的 ISM 频段，是免申请和免使用费的频率，在2.4G的频段上具有16个信道，带宽为250K。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 无线信道n ZigBee 在2.4G的频段上具有16个信道，从 2.405GHz 2.480GHz 间分布，信道间隔是5M，具有很强的信道抗串扰能力。无线接入技术Zigbee技术网络协调器网络协调器

7、全功能设备全功能设备(FFD,Router):可以支持可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何商者和普通协商者，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)：只支持星型结只支持星型结构，不能成为任何协商者，可以和网构，不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单。络协商者进行通信，实现简单。星型网状型簇状型ZigBee技术简介 网络结构无线接入技术Zigbee技术n ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构；n

8、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复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；n 星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。ZigBee技术简介 网络结构无线接入技术Zigbee技术网络协调器：网络协调器：包含所有的网络消息，是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，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、不断地网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节

9、点间的路由消息、不断地接收信息。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，让其它的可以担任网络协调者，形成网络，让其它的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，可提供信具备控制器的功能，可提供信息双向传输。息双向传输。附带由标准指定的全部附带由标准指定的全部 802.15.4 功能和所有特征功能和所有特征 更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。也能用作终端设备也能用作终端设备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FF

10、D或从或从FFD接收信息。接收信息。附带有限的功能来控制成本和复杂性附带有限的功能来控制成本和复杂性 在网络中通常用作终端设备。在网络中通常用作终端设备。ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。相对简单的实现自然节省了费用。RFD由于省掉了内由于省掉了内存和其他电路，降低了存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的部件的成本，而简单的8位处理位处理器和小协议栈也有助于降低成本。器和小协议栈也有助于降低成本。ZigBee技术简介 网络设备类型无线接入技术Zigbee技术设备类型设备类型拓扑类型拓扑类型可否成为网络协可否成为网络协调器调器通话对象通话对象全功能器件全功能器件（FFD）星

11、形，树形，网星形，树形，网状状可以可以任何任何ZigBee设设备备简化功能器件简化功能器件（RFD）星形星形不可以不可以只能与协调器只能与协调器通话通话ZigBee技术简介 网络设备功能n ZigBee 网络协调器也就是网络的中心节点；n ZIGBEE 全功能设备(FFD)也就是网络中的路由或中继；n 精简功能设备(RFD)也就是网络中的终端节点。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 传输类型n 周期性数据：传感器数据、水电气表数据、仪器仪表数据n 间段性数据：工业控制命令、远程网络控制、家用电器控制n 反复性低反应时间数据：如鼠标键盘数据、操作杆的数据 无线接入技术Zigbee技

12、术ZigBee技术简介 应用条件n 设备成本低、传输的数据量小 n 设备体积小，不便放置较大的充电电池或者电源模块n 没有充足的电源支持，只能使用一次性电池n 需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监测或控制无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 应用项目无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术简介 应用项目无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 与FSK电台的比较无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 与蓝牙的比较无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 与WLAN共存ZIGBEE和WL

13、AN共同工作在2.4G的频段，利用ZIGBEE的#15、#20、#25和#26信道，可有效避免与802.11b的信#1、#6、#11信道的相互干扰。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 通信可靠性保证无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 通信可靠性保证无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 通信可靠性保证无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 通信可靠性保证无线接入技术Zigbee技术 ZIGBEE技术的抗干扰设计n ZIGBEE在物理层采用高处理增益的直序/频率快变DS/FA技术（DirectSequence/Frequency Agility）；

14、n ZIGBEE的处理增益最大，抗干扰和抗多径时延扩展的能力也越强；n ZIGBEE具备的频率快变就是改变频率，以避开从一个已知干扰源或信号源来的影响的能力；n 实验证明IEEE 802.15.4/ZigBee的误码率，特别是在信噪比为4dB的情况下可达到 10-9；达到同样误码率，蓝牙/802.15.1 信噪比要达16dB，802.11b要达 10dB，ZIGBEE的抗干扰性能明显高于蓝牙和WLAN技术。ZigBee技术优势 通信可靠性保证无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术优势 无线网状网无线接入技术Zigbee技术n 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

15、级跳”的方式来通信；n Mesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护；n MESH网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模；n MESH网络还具备自组织、自愈功能。ZigBee技术优势 无线网状网无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 结合GPRS的无线数据传输无线接入技术Zigbee技术系 统 概 述 n 利用GPRS网络传输基于Zigbee无线传感器汇节点数据的完整无线网络设计，网络采用星型或 MESH 网状网络拓扑和需求时唤醒Zigbee 模块的通信方式，有效降低了每个 Zigbee 传感器节点的功耗，减少了传感器节点

16、向汇节点上报数据时相互碰撞的概率，并利用 GPRS 网络传输汇节点的数据，改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制，使网络具有非常显著的优点；n 利用ZIGBEE技术优势组建无线传感器网络数据传输网，并可以按照区域布置不同的汇接点，这个汇接点就是ZIGBEE的中心节点；n 远程管理中心通过GPRS等公共信道与ZIGBEE网络实现远程通信，通过 GPRS网络获取采集到的相关信息，实现对现场的有效控制和管理。ZigBee技术应用 结合GPRS的无线数据传输无线接入技术Zigbee技术 系 统 应 用 n 无线传感器网络 WSN n 远程数据采集 n 远程控制网络 n 远程监测

17、监控系统 n 远程集抄系统ZigBee技术应用 结合GPRS的无线数据传输无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 仓库监测无线接入技术Zigbee技术n ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；n ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格。ZigBee技术应用 仓库监测无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 医疗监护无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 医疗监护系 统 概 述 n 利用ZIGBEE 技术组成一个网状路由网络，在楼道设置合适的路由节点

18、，进行数据的中转；n 房间内的呼叫节点采用星型网络连接，由其中一个节点作为 ZIGBEE 路由器，负责与中心网络的连接和数据中继转发；n 所有的 ZIGBEE 路由器组成一个蜂窝网状网络，再与 ZIGBEE 中心节点连接，中心节点设置在管理中心，构建成一个完整的 ZIGBEE 无线网络，是个通信非常可靠的网络结构。系 统 应 用 n 医院医疗监护 n 医疗仪器数据采集无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 安防报警n ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；n ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部

19、优点：省电、简单、成本又低的规格。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 无线点餐无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 无线点餐 系系 统统 概概 述述 n 餐厅 ZigBee 无线节点网络，通过在餐厅、吧台、厨房、收银台、处理中心部署的ZigBee 节点设备构成了完整的无线通讯网络，实现了信息处理的自动化；n 内置无线 ZIGBEE 通信模块的手持点餐终端，服务员通过手持的点餐终端处理顾客的点单，用户订单通过终端和大厅内的 ZigBee 网络自动的上传到厨房和收银台；n 无线通信系统的 ZIGBEE 中心节点、无线 ZIGBEE 路由和无线点餐终端，够构成一个蜂窝状的通

20、信网络，任何一个节点以多调方式实现通信。其中任何一个 ZIGBEE 路由器，负责与中心网络的连接和数据中继转发；n 所有的 ZIGBEE 路由器组成一个蜂窝网状网络，再与 ZIGBEE 中心节点连接，中心节点设置在总服务台，构建成一个完整的 ZIGBEE 无线网络，是个通信非常可靠的网络结构。系系 统统 应应 用用 n 餐厅无线点餐系统 n 茶楼.咖啡馆.网吧.KTV 娱乐场所呼叫系统 无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能交通无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能交通无线接入技术Zigbee技术 系 统 概 述 n 采用 ZIGBEE 和太阳能结合的无线控制系

21、统，无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失，而且也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。系 统 应 用 n 路口交通信号灯控制 n 远程交通信号控制 n 道路信息采集 n 不停车收费系统ZigBee技术应用 智能交通无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能公交无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能公交无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能家庭无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 智能家庭n 家庭无线网络是指在家庭范围内，通过

22、先进的无线网络技术将电脑、家电、安全、照明、娱乐、医疗监护系统互连，实现数据共享和管理，并以广域互联网为接口与外界交互信息的一种新兴的无线网络系统；n 通过ZIGBEE网络实现信息设备、通讯设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、保安（监控）装置等设备互联，使智能化、人性化的家居生活变成了现实；n 网络节点是指镶嵌在各种家电、灯具、安防监控单元、居室环境监控单元；n 系统包括：具备多种通讯协议转换功能，同时可通过以太网或程控电话网连接内外网和通过无线技术连同内网的网关，具备无线通讯等接口的数字家电；配有无线接口、可远程报警的家用安防传感器设备；具备无线接口的家庭灯光控制器材；可进行防盗、报警等功

23、能设备。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 机房监控无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 电力测控n 电力系统的变电站温度测控系统，采用新兴ZigBee组网技术的无线测温系统，实现了对电力系统的高压和超高压母线、高压开关接点（以及人员无法接近的其他危险、恶劣环境）的温度进行实时在线检测，经过与电力自动化系统连接，在中心监控室内就可以监视运行状态，真正做到了远距离遥测，当被测点温度超过预先设定的阀值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 管线监测无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 管线监测系 统 概 述

24、 n 系统利用ZIGBEE无线网络特有的技术优势，组建长链型网络，数据在网络中多跳路由传输；n ZIGBEE中心节点是数据的汇接点，与系统管理中心连接；n 各监测点为ZIGBEE的路由节点或终端节点，负责数据的收发或路由。系 统 应 用 n 石油、天然气管道监测 n 城市热气管道监测 n 高压线路测控 n 路灯测控无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 远程抄表无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 远程抄表无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 远程抄表 系 统 概 述 n 将 zigbee 技术与 GPRS/CDMA 结合起来，根据抄表用户的不同分布，来灵活地

25、构建抄表的无线网络；n 对于每个抄表终端而言，要求超低功耗、低成本（包括设备成本、运行成本），并且数据的传输速率不高，对于居民小区的抄表，抄表终端通常分布较密集、距离较近，zigbee 技术可以很好地满足这些要求；n 终端采集的数据需要送到电力公司的集抄管理中心，这可以通过 GPRS/CDMA 网络来实现，它无距离限制。系 统 应 用 n 远程抄表系统无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 门禁考勤无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 RFID数据传输无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 水文水利监测无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 水文水利监

26、测 系系 统统 概概 述述 n ZigBee 无线监测网络，这一无线网络主要由分布在监测区域的各种水位计、雨量计和闸位计组成，各测量单位都配备有低成本的 ZigBee 远端节点用于无线上传数据；监测区域内也按照距离的需要分布有；ZigBee 路由节点组成了无线 ZigBee 网络，所有的水文数据都可以通过这一网络上传到 n ZIGBEE 中心节点，其覆盖范围可以大范围扩展；ZIGBEE中心节点采集的数据需要送到水文水利监测管理中心，这可以通过 GPRS/CDMA 无线网络或 ADSL来实现；n 各水文遥测单元根据防汛水文监测要求，安装在河流、水库的指定地点，以野外无人值守方式工作，配备一台数据

27、采集单元、无线电台、和雨量计、水位计、风向风速计等水文监测仪表，本站可保留六个月以上数据，通过 ZIGBEE 无线通讯可受上级监测站(分中心)的控制，任意设定测试时段，校准机时上下一致，系统供电具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作。对山区和距离较远的监测点，还有遥测中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。系系 统统 应应 用用 n 湖泊水库监测 n 沿海潮汛潮位监测 n 河道水文水利监测无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 油田油井测控无线接入技术Zigbee技术ZigBee技术应用 油田油井测控无线接入技术Zigbee技术 系 统 概 述 n 系统主要由采油场监控中心和油井无线遥测遥控主机、传感器、电机控保装置等组成，通信部分采用ZIGBEE无线网络传输；n 采油场监控中心一般设置在矿部、队部或其它监控调度部门，包括有管理计算机，ZIGBEE网络的中心节点；n 油井工作状态传感器主要有温度传感器，电压传感器，电机电流传感器，被监控开关断/合传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值通过ZIGBEE通信模块送至远程智能无线RTU。系 统 应 用 n 油田油井测控 n 远程泵站测控 n 远程数据采集 n 远程监控ZigBee技术应用 油田油井测控2023-1-18无线接入技术Zigbee技术