无线传感器网络技术原理及应用-第6章ppt课件.ppt

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1、第6章Zigbee网络技术6.1Zigbee技术概述6.2应用系统组成6.3网络拓扑和协议栈结构6.4应用简介小结本章目标　　理解Zigbee技术的特点。　　掌握Zigbee应用系统的组成。　　掌握Zigbee网络拓扑和协议栈结构。　　了解Zigbee技术的应用。学习导航无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数据速率、自组织网络等特点。Zigbee技术是为低速率传感器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是适合无线传感器网络的标准。6

2、.1Zigbee技术概述6.1.1定义　　Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输(包括典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据)的应用。　　Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是Zigbee并不等于IEEE802.15.4。由于IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化设定。6.1.2特点　　Zigbee可工作在2.4GHz(

3、全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高250kb/s、20kb/s和40kb/s的传输速率，它的传输距离在10～75m范围内。Zigbee作为一种无线通信技术具有以下特点。　　1.低功耗　　低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片有多种电源管理模式，这些管理模式可以有效地对节点的工作和休眠进行配置，从而使得系统在不工作时可以关闭射频部分，极大地降低了系统功耗，节约电池的能量。2.低成本　　Zigbee网络协议简单，可以在计算

4、能力和存储能力都很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。现有的Zigbee芯片一般成本较低，这对于一些需要布置大量无线传感器网络节点的应用领域是很重要的。　　3.大容量　　Zigbee设备既可以使用64位IEEE地址，也可以使用指配的16位短地址。在一个单独的Zigbee网络内，可以容纳最多216个设备。4.可靠　　由于无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网络所没有的干扰和安全威胁。Zigbee在物理层和MAC层采用IEEE802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波

5、检测多址访问和冲突避免(CSMA/CA)的数据传输方法，并与确认和数据检验等措施相结合，可保证数据的可靠传输。同时为了提高灵活性和支持在资源匮乏的MCU上运行，Zigbee支持三种安全模式。最高级安全模式采用属于高级加密标准(AES)的对称密码和公开密钥，可以大大提高数据传输的安全性。5.时延短　　在无线通信中，时间的延迟也是重要的参数，Zigbee针对时延作了优化，使通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。　　6.灵活的网络拓扑结构　　Zigbee支持星型、树型和网状型拓扑结构，既可以单

6、跳，也可以通过路由实现多跳的数据传输。6.1.3协议架构　　按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下至上分别为物理层、MAC层、网络层和应用层。Zigbee网络协议架构分层如图6-1所示。图6-1Zigbee网络协议架构分层Zigbee的最低两层即物理层和MAC层，使用IEEE802.15.4协议标准；而网络层和应用层由Zigbee联盟指定。每一层向它的上层提供数据或管理服务。Zigbee的应用层由应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和制造商定义的应用对象组成。Zigb

7、ee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片及Zigbee协议栈。6.2应用系统组成6.2.1常见的Zigbee芯片　　目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、CC253X系列和MC1322X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。　　1.CC243X系列　　CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHzIEEE802.15.4/Zigbee协议，

8、是世界上首个单芯片Zigbee解决方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品：CC2430-F32、CC2430-F64和CC2430-F128，它们的区别在于内置闪存的容量不同，以及针对不同IEEE802.15.4/Zigbee，应用的成本不同。CC2430/CC2431在单个芯片上整合了Zigbee射频前端、内存和微控制器。它内置1个8位8051内核，具有32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器ADC、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时