Transcript ZigBee

ZigBee
Date:2012/07/19
Speaker : Da-Wei Yang
Outline
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無線通訊
何謂ZigBee
ZigBee Alliance
ZigBee
應用
參考文獻
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Wireless Communication
• 目前市面上有許多彼此不相容的無線網路技術，如Wi-Fi、
ZigBee、藍芽，以及近場通訊（Near Field Communications）
• 這些標準雖然有類似的用途，但實際的使用情境又不盡
相同。
– Wi-Fi有不錯的有效範圍及傳輸率，可以使用在大部份的無線
網路場合，但是在可攜式裝置上，它的耗電量可能相當大。
– 藍芽的耗電量相當小，一般認為適合作為手機等一類裝置的
網路裝置。
– ZigBee雖然傳輸速率都沒有上述兩者好，但低耗電和mesh網
路等特色，因此被定位在收發少量的資料量的應用。
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Wireless Spectrum
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Compare WiFi, BT and ZigBee
Feature(s)
IEEE 802.11g
Bluetooth2.0
ZigBee
hours
days
years
複雜度
Very complex
complex
Simple
節點數
Many
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Up to 65535
Upto 3 seconds
Upto 10
seconds
30 ms
100m
10m(2.5mw,4d
Bm)
70m ~ 300m
擴充性
Roaming
possible
no
Yes
資料傳輸率
54 Mbps
3 Mpbs
250 Kbps (at
2.4Ghz)
SSID
64bit, 128bit
128bit AES
電源持續力
建立連線速度
傳輸距離
安全性
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何謂ZigBee？
• ZigBee一詞源於蜜蜂，蜜蜂透過Zigzag字形舞蹈與同
伴通信傳遞花與蜜的位置、方向、距離等訊息，因而
藉此做為這短距無線通訊新技術的命名。
• ZigBee是一種短距離無線通訊標準，具有低成本、低
耗電、低速率、高可靠度及mesh網路功能等特性，容
易整合個人無線數位環境並應用於多樣的產品，其
「監控」角色高於「通訊」功能，朝著開放的方向發
展制訂標準規範。
• ZigBee技術主要是由IEEE 802.15.4小組與ZigBee
Alliance兩個組織，分別制訂硬體與軟體標準。
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ZigBee Alliance
• ZigBee聯盟 (ZigBee Alliance) 是由多家公司
組成的産業組織，主要目標是實現以開放
性全球標準爲基礎、工作可靠、低成本、
低功耗、無線網路連接的監測和控制産品。
• ZigBee聯盟是一個成長快速的非營利性産業
組織，其成員涵蓋世界各地的主要半導體
廠商、技術供應商、OEM製造商和最終使
用者，會員資格並對所有人開放。
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ZigBee Application
security
HVAC
AMR
lighting control
access control
BUILDING
AUTOMATION
patient
monitoring
fitness
PERSONAL
monitoring HEALTH CARE
asset mgt
process
control
environmental
energy mgt
CONSUMER
ELECTRONICS
TV
VCR
DVD/CD
remote
ZigBee
Wireless Control that
Simply Works
INDUSTRIAL
CONTROL
PC &
PERIPHERALS
mouse
keyboard
joystick
security
RESIDENTIAL/ HVAC
LIGHT
lighting control
COMMERCIAL
access control
CONTROL
lawn & garden irrigation
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ZigBee 標準制定
• IEEE 802.15.4小組主導實體(PHY)層、媒體存取控制(MAC)層、資料鏈結
層，以及傳輸過程中的資料加密機制等發展。
• ZigBee Alliance主導軟體標準，並共同針對ZigBee Protocol Stack的發展
進行研議，未來還能依系統客戶的需求，為不同應用修正其所需之應
用介面。
ZigBee晶片架構主要
是由PHY Layer負責接
收處理射頻訊號，
MAC Layer負責處理封
包。
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ZigBee 實體層使用之頻帶
• 實體層的主要工作:
– 啟動與關閉無線傳輸接收器、傳輸與接收資料、使用
頻道的選擇、在目前頻道上做訊號能量偵測、數據調
變傳輸與接收解調、頻道無占用評估(CCA)，與針對接
收的封包執行鏈路品質指示(LQI)。
頻帶MHz
頻率範圍
(使用地區)
通道數
目
DSSS
資料速率
調變
kbps
868
868~868.6MHz
(歐洲)
1
BPSK
20
915
902~928 MHz
(美國)
10
BPSK
40
2450
2400~2483.5M
Hz (全球)
16
OQPSK
250
11 11
傳輸速率
• 傳輸速率介於20kbps～250kbps之間，並隨著傳輸
距離的延長而減慢。
• 不過藉著提高發射功率，還是可以達到100公尺的
傳輸距離內，每秒250kbps的傳輸速率。
• 由於具備高節點數與低耗電的特性，對於ZigBee
在感應式網路(Sensor Network)上的使用，就具有
相當大的優勢。
– 例如：在工廠內的作業溫度量測及遠端監視、水電瓦
斯計度的記錄、保全防護的監控上，業者不需經常更
換電池或佈建供電網路，只需極少的人力與設備，即
可取得所需的資訊。
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網路層
• ZigBee網路層提供資訊傳輸及網路管理兩種服務，
並維持一個網路資訊庫(Network Information Base,
NIB)。
• 任務包括傳遞路徑的發掘與維護，為了達到這個
目的，網路層必須知道緊臨的裝置，和儲存這些
直接相連裝置的資訊。包含加入(join)及離開(leave)
網路的機制、訊框安全機制以及把訊框傳輸到目
的地。
• ZigBee網路層支援星型(Star) 、樹狀(Tree)和網狀
(Mesh)三種拓樸。
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Device Type
• Coordinator(網路協調者)
– 建立網路及設定各項網路參數
– 發放網路位址及管理
– 具有Router功能
• Router
– 轉發訊息
– 允許其它裝置加入網路
• End Device
– 只能傳送或接收封包，無法轉發
– 具有休眠模式
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Star Topology
• 星型拓樸
– 其中一個FFD類型設備擔當網路協調器的腳色，負責啟動網路並維護網路
上的設備，所有其他設備都是終端設備，直接與協調器通訊。
– ZigBee網路中的協調者，負責開始建立一個網路和指定位址給其他裝置。
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Tree
• 叢集型拓樸
– 資料及控制訊息是透過階層(hierarchical)的方式傳輸。
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Mesh
• 網狀拓樸
– ZigBee協調器負責啟動網路以及選擇關鍵的網路參數但是網路可能透過利
用ZigBee路由器進行擴展。從ZigBee網路特性來看，其拓樸架構是採取點
對點(peer-to-peer)連接。
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參考文獻
• 讀ZigBee標準架構 縱觀PHY/MAC/應用層
• ZigBee Pro Feature Set塵埃定 ZigBee商機現
蹤
• Drew Gislason, Zigbee Wireless Networking,
2008
• ZigBee Alliance, “ZigBee Specifications”,
ZigBee Document 053474r17, November 2009.
• Summer 2011 葉俊克 Zigbee
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