第四章ZigBee无线通-交通物联网应用技术.ppt

ZigBee无线通讯技术 交通物联网应用技术 教学目的 介绍ZigBee无线组网技术的基础知识，包扩IAR集成开发环境，ZigBee硬件接口，协议栈移植与应用 掌握基于ZigBee无线网络的数据传输与应用，会使用常见的ZigBee开发工具与软件。 ZigBee技术简介 ZigBee技术概念 ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。 主要用于近距离无线连接。它依据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee无线网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。因此它具备简单、方便、稳定和低成本等特点。 ZigBee技术简介 ZigBee技术的工作频段与规范 ZigBee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。 ZigBee技术简介 ZigBee技术特点 数据传输速率低：10KB/秒~250KB /秒，专注于低传输应用。 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月 成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。 网络容量大：网络可容纳65,000个设备。 时延短：通常时延都在15ms~30ms。 安全： ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。 有效范围小：有效覆盖范围10~75米，具体依据实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定。 传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙。 ZigBee硬件接口介绍 常见的ZigBee硬件方案 MCU和RF收发器分离的双芯片方案如： TI CC2420+MSP430 、FREESCLAE MC13XX+GT60 、MICROCHIP MJ2440+PIC MCU 集成RF和MCU的单芯片SOC方案 如：TI CC2430/CC2431 、ST STM32W108、FREESCALE MC1321X 、EM250。 ZigBee协处理器和MCU的双芯片方案如： JENNIC SOC+EEPROM、EMBER 260+MCU ZigBee硬件接口介绍 CC2530处理器硬件接口 微控制器 高性能和低功耗的增强型8051微控制器内核； 32/64/128/256KB系统可编程闪存、支持硬件调试； 8KB RAM 外设接口 21个可配置通用IO引脚； 2个同步串口； 1个看门狗定时器； 5通道DMA传输； 1个IEEE802.15.4标准MAC定时器和3个通用定时器； 1个32MHz睡眠定时器； 1数字接收信号强度指示RSSI/LQI支持； 8通道12位AD模数转换器，可配分辨率，内置电压、温度传感器检测； 1个AES安全加密协处理器； ZigBee硬件接口介绍 STM32W ARM处理器硬件接口 STM32W是一款系统级（SoC）芯片，整合最优异的IEEE 802.15.4射频性能与32位ARM Cortex-M3 处理器。 STM32W系列的软件包括支持必威体育精装版的ZigBee PRO规范以及 ZigBee RF4CE IEEE 802.15.4 MAC的软件库以及6LoWPAN无线嵌入式互联网解决方案协议。 处理器型号为32位STM32W108，丰富的存储资源：128K字节Flash，8K字节RAM。 ZigBee软件规范与IAR集成开发环境 常见的ZigBee软件规范及协议栈 freakz协议栈和contiki操作系统 msstatePAN协议栈(精简版ZigBee协议栈) EmberZNet协议栈(ST) BeeStack(Freescale ) SimpliciTI协议栈(TI) Z-Stack协议栈和OSAL操作系统(TI) TinyOS操作系统 ZigBee软件规范与IAR集成开发环境 TI Z-Stack协议栈软件层次 物理层：负责将数据通过发射天线发送出去及从天线接收数据。 介质访问控制层：提供点对点数据的确认及一些用于网络发现和形成的命令。 网络层：主要是对网型网络的支持，如在全网范围内发送广播包，为单播数据包选择路由，确保数据包能够可靠的从一个节点发送到另一个节点，此外，网络层还具有安全特性，用户可以自行选择所需要的安全策略。 应用程序支持子层:提供一些API函数供用户调用，此外，绑定表也是存储在应用程序支持子层。 ZigBee软件规范与IAR集成开发环境 ST EmberZnet协议栈介绍 ZigBee协议分为两部分，IEEE802.15.4定义了物理层和MAC层技术规范，ZigBee联盟定义了网络层、安全层和应用层技术规范，Zi