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ZigBee無線�(wǎng)�(luò)
閱讀�12370時間�2011-03-29 16:59:00

  ZigBee無線�(wǎng)�(luò)就是利用ZigBee技�(shù)的一種無線網(wǎng)�(luò)技�(shù),是一種近距離、低�(fù)雜度、低功�、低速率、低成本的雙向無線通訊技�(shù)。ZigBee是指把各種不同設(shè)備連接在一起工作來提高人們生活的全球性無線語言,在家庭、商�(yè)和工�(yè)�(yīng)用中制定全球性無線標(biāo)�(zhǔn)的全球性組��

�(guān)于ZigBee的介�

  ZigBee是把各種不同�(shè)備連接在一起工作來提高人們生活的全球性無線語言�

  1、ZigBee是有200多家會員加入,在家庭、商�(yè)和工�(yè)�(yīng)用中制定全球性無線標(biāo)�(zhǔn)的全球性組��

  2、全�10大半�(dǎo)體制造商中的70%都是ZigBee�(lián)盟的會員,ZigBee�(biāo)�(zhǔn)已經(jīng)被獨立分析研究機(jī)�(gòu)承認(rèn)為一種可靠的技�(shù),將要發(fā)�.

  3、只有ZigBee擁有大量可以提供在無線領(lǐng)域應(yīng)用的硬件和軟件的供應(yīng)��

  4、ZigBee是的一個被國際社會承認(rèn)的用在無線監(jiān)視和控制解決方案的標(biāo)�(zhǔn)�

技�(shù)特點

  ZIGBEE�(xié)議基于IEEE 802.15.4�(biāo)�(zhǔn),從2004年發(fā)布ZIGBEE V1�0到的增加了ZIGBEE-PRO�(kuò)展指令集的ZIGBEE2006版本,ZIGBEE功能不斷�(qiáng)�。ZIGBEE具備�(qiáng)大的�(shè)備聯(lián)�(wǎng)功能(見圖2),它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)�(luò)類型,即星型�(jié)�(gòu)(Star)、網(wǎng)狀�(jié)�(gòu)(Mesh)和樹型結(jié)�(gòu)(Cluster Tree),特別是�(wǎng)狀�(jié)�(gòu),具有很�(qiáng)的網(wǎng)�(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠�。與目前普遍�(yīng)用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無線通訊技�(shù)相比�,ZIGBEE無線�(wǎng)�(luò)的特點主要有�

圖 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞诸? src=

  � ZIGBEE�(wǎng)�(luò)�?fù)浞诸?/FONT>

  (1)工作周期短、收�(fā)信息功耗較低,并且RFD(Reduced Function Device,簡化功能器�)采用了休眠模�,不工作時都可以�(jìn)入睡眠模式�

  (2)低成�。通過大幅簡化�(xié)�(不到�(lán)牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,以8051�8位微控制器測�,全功能的主節(jié)點需�32KB代碼,子功能節(jié)點少�4 KB代碼�

  (3)低速率、短延時。ZIGBEE的通信速率�(dá)�250 kb/s(工作�2�4 GHz�),滿足低速率傳輸�(shù)�(jù)的應(yīng)用需�。ZIGBEE的響�(yīng)速度較快,一般從睡眠�(zhuǎn)入工作狀�(tài)只需15ms,節(jié)點連接�(jìn)入網(wǎng)�(luò)只需30ms,�(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需3�10 S、Wi-Fi需3 S�

  (4)近距離,高容量。傳輸范圍一般介�10�100 m,在增加RF�(fā)射功率后,亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離,若通過路由和節(jié)點間通信的接�,擴(kuò)展后�(dá)到幾百米甚至幾公�。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)�,最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)��

  (5)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒體接入控制層(Medium Access Control,MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)�,同時為需要固定帶寬的通信�(yè)�(wù)�(yù)留了專用時隙,避免了�(fā)送數(shù)�(jù)時的競爭和沖�。ZIGBEE還提供了3級安全模�,包括無安全�(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)�(jù)以及采用加密�(biāo)�(zhǔn)(AdvancedEncryption Standard,AES)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬��

  (6)免執(zhí)照頻�。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)�(yī)�(Industrial Scientific Medical,ISM)頻段,分別為2�4 GHz(全球)�915 MHz(美國)�868 MHz(歐洲)�

�802.15.4�(biāo)�(zhǔn)

  無線通信(這里主要指短距離無線通信和嵌入式無線通信)的發(fā)展,需要將更多的節(jié)點通過無線�(lián)系起�,包括各種傳感器�(wǎng)�(luò)、無線實時定位網(wǎng)�(luò)、射頻識別網(wǎng)�(luò)、數(shù)字家庭網(wǎng)�(luò)、安全監(jiān)視網(wǎng)�(luò)等。這就需要解決兩方面的問題:無線通信的標(biāo)�(zhǔn)化和對網(wǎng)�(luò)�?fù)涞墓芾�?/FONT>

  �(wǎng)�(luò)�(biāo)�(zhǔn)�,通俗地說就是�(wǎng)�(luò)節(jié)點的互通性,各種不同功能的無線網(wǎng)�(luò)節(jié)點需要能相互交流、相互認(rèn)�。舉例來說,未來家庭�,各種家電將具有無線功能,匯集成一個互通的無線�(wǎng)�(luò),冰箱可能是日本�,電視是中國�,煙霧報警器可能來自美國,所有的家電通過無線匯集到家庭網(wǎng)�(guān),必須相互認(rèn)�,才可以�(jìn)行無線數(shù)�(jù)通信。這就需要一個所有制造廠家可以遵循的�(biāo)�(zhǔn),目前這個標(biāo)�(zhǔn)就是IEEE 802.15.4——一個專門針對這類�(yīng)用的國際�(biāo)�(zhǔn)�

  �(wǎng)�(luò)�?fù)涔芾?,主要是建立在IEEE 802.15.4之上的網(wǎng)�(luò)層,包括各種�(wǎng)�(luò)的形�(tài)。無線網(wǎng)�(luò)節(jié)點可以像一個星狀一樣連接,也可以像一個葡萄串一樣串在一�,還可以像一張大�(wǎng),相互連接,相互間可以從任意節(jié)點�(jìn)行通信。這就需要在�(wǎng)�(luò)層相互兼容,這就有了ZigBee——一套標(biāo)�(zhǔn)化的�(wǎng)�(luò)層協(xié)議規(guī)��

  802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee�(wǎng)�(luò)已經(jīng)是當(dāng)今世界的技�(shù)熱點,可以在�(wǎng)上發(fā)�(xiàn)�(shù)量巨大的相關(guān)信息,也可以方便地學(xué)�(xí)到這方面的知識�

  實現(xiàn)�(wǎng)�(luò)的標(biāo)�(zhǔn)�,管理越來越�(fù)雜的無線�(wǎng)�(luò),需要有大量的軟件代碼來實現(xiàn),也需要對無線通信技�(shù)的精通和大量的人力物力投入,絕非哪家公司可以獨自包攬,自己來完成。因此,802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee�(wǎng)�(luò)實現(xiàn)的代�,都是由國際�(biāo)�(zhǔn)組織和ZigBee�(lián)盟這樣的機(jī)�(gòu)�(xié)助組織完成的,然后以軟件�、源代碼庫的方式提供給用�,由用戶�(jìn)行高層調(diào)�,加上自己的�(yīng)用程序,固化到單片機(jī)��

  而新一代無線單片機(jī),像CC2430,就是具備了全部802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee無線�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)�8051單片�(jī),當(dāng)用USB接口連接上CC2430仿真器,接上CC2430電路�,在IAR IDE�(diào)試環(huán)境下裝上802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee�(wǎng)�(luò)的可�(diào)試工程文�(包括802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee�(wǎng)�(luò)庫文件、演示軟件等)后編�、下載,然后運行,幾秒種的時�,按幾下按鍵�802.15.4�(biāo)�(zhǔn)和ZigBee�(wǎng)�(luò)(�(shù)萬行C51語言寫成的代�,組成的軟件)就在�(zhuǎn)瞬間被駕馭了�

節(jié)點的軟件�(shè)�

  1、ZigBee�(xié)議棧

  ZigBee�(xié)議由一組子層構(gòu)�。每層為其上層提供一組特定的服務(wù);數(shù)�(jù)實體提供�(shù)�(jù)傳輸服務(wù);管理實體提供全部其他服�(wù)。每個服�(wù)實體通過一個服�(wù)接入�(SAP)為其上層提供服務(wù)接口,并且每個SAP提供一系列基本服務(wù)指令來完成相�(yīng)的功能�

  ZigBee�(xié)議棧的體系結(jié)�(gòu)包括:ZigBee�(yīng)用層、ZigBee�(wǎng)�(luò)�、IEEE�802�15�4 MAC層和IEEE802�15�4 PHY�。IEEE�802�15�4 2003�(biāo)�(zhǔn)定義最下面�2層:物理�(PHY)和介�(zhì)接入控制�(MAC)。ZigBee�(lián)盟提供了�(wǎng)�(luò)層和�(yīng)用層(APL)框架的設(shè)�。其中應(yīng)用層框架主要包括3部分:應(yīng)用支持子�(APS)、ZigBee�(shè)備對�(ZDO)和由制造商制定的應(yīng)用對��

  2、ZigBee信道分配

  ZigBee的通信頻率在物理層�(guī)�,在不同的國家或區(qū)域ZigBee提供了不同的工作頻率范圍,其所使用的頻率范圍為2�4 GHz�816�915 MHz。因此,在ZigBee中定�2�4 GHz�816�915 MHz 2個物理層�(biāo)�(zhǔn),它們都基于直接序列�(kuò)�(DSSS)技�(shù)�

  這里采用全球�(tǒng)一�2�4 GHz波段,無須申請ISM頻段,適合ZigBee�(shè)備推廣及降低生產(chǎn)成本�2�4 GHz物理層采�16相調(diào)制技�(shù),能夠提�250 kb/s的傳輸速率,提高數(shù)�(jù)吞吐�,縮短通信時延和數(shù)�(jù)收發(fā)時間,降低功��

  3、網(wǎng)�(luò)的建立與加入

  ZigBee�(shè)備通過NLME-NETWORK-FORMATION.request原語來啟動一個新�(wǎng)�(luò)的建立過�。僅�(dāng)具有ZigBee�(xié)�(diào)器能力且�(dāng)前無與網(wǎng)�(luò)連接的設(shè)備,才可嘗試建立一個新�(wǎng)�(luò)。如果此過程由其他設(shè)備開始,則網(wǎng)�(luò)層管理實體將終止該過�,并向其上層�(fā)出非法請求報��

  該步驟通過�(fā)出狀�(tài)參數(shù)為INVAUD_REQUEST的NLME-NETWORK-FORMATION.confirm原語來完�。只有當(dāng)�(shè)備為ZigBee�(xié)�(diào)器或路由器時,才能試圖允許設(shè)備與�(wǎng)�(luò)的連接??赏ㄟ^NLME-PERMIT-JOINING.request原語允許連接�

  4、數(shù)�(jù)的發(fā)送與接收

  �(fā)送數(shù)�(jù)�,首先按照協(xié)議中�(guī)定的幀形式�(gòu)建幀�(shù)�(jù)。幀�(shù)�(jù)包括幀頭和幀�(nèi)�。其中幀頭包括幀類型、源地址、目的地址、PAN、CLUSTERID等信�。幀�(gòu)建好后調(diào)用MAC層的原語MCPS-DATA.request,并將接收到的結(jié)果通過MCPS-DATA.confirm返回。在Z-Stack�,數(shù)�(jù)的發(fā)送和接收都必須通過�(yīng)用層�(diào)�。應(yīng)用層提供的Flash�(fā)送函�(shù),其程序如下�

應(yīng)用層提供的Flash發(fā)送函數(shù)程序

  為了接收�(shù)�(jù),設(shè)備必須打開其接收�(jī)。上層使用NLME-SYNC.request原語初始化設(shè)�,打開其接收�(jī),該原語將引起網(wǎng)�(luò)層使用MLME-POLL.request原語對其父設(shè)備�(jìn)行輪�。ZigBee�(xié)�(diào)器或路由器的�(wǎng)�(luò)層必須在上保證任何時間接收機(jī)總是處于接收狀�(tài)�

  �(wǎng)�(luò)層使用NLDE-DATA.indication原語向其高層表明所接收到的�(shù)�(jù)幀。一旦接收到幀信息,網(wǎng)�(luò)層數(shù)�(jù)實體將會檢查幀控制域中安全子域的�。如果該值不為零,則�(wǎng)�(luò)層數(shù)�(jù)實體將把該幀傳送到安全服務(wù)提供單元,并根據(jù)所指定的安全標(biāo)�(zhǔn)對其�(jìn)行安全處理�

  接收到Flash�(fā)送方式的�(shù)�(jù)�,網(wǎng)�(luò)層會根據(jù)�(fā)送的�(shù)�(jù)計算小燈閃爍的數(shù)�(jù)間隔,其源函�(shù)程序如下�

�(yīng)�

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用


  1、家�、建筑和工業(yè)自動�

  2、能源管�

  3、家居控�、安�

  4、醫(yī)療、病人監(jiān)�

  5、物流和資產(chǎn)追蹤

  6、傳感器�(wǎng)�(luò)和主動式射頻識別

  可以用在任何需要無線鏈接的�(jiān)視和控制�(yīng)用中�