1、2024/11/28/1无线传感网技术中智讯（武汉）科技有限企业物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第1页2024/11/28/2惯用无线通信技术ZigBee无线技术Ti CC2530软件接口Basic RF代码解析CC2530无线通信试验物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第2页2024/11/28/3未来物联网将会是各种技术共生异构网络物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第3页2024/11/28/4应用于物联网各种无线技术物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第4页2024/11/28/5物联网无线通信所要处理问题通信距离传输速率芯片成本芯片功耗网络容量协议标准物联
2、网物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第5页2024/11/28/6ZigBeeZigBee是IEEE 802.15.4协议代名词。依据这个协议要求技术是一个短距离、低功耗无线通信技术。这一名称起源于蜜蜂八字舞，因为蜜蜂(bee)是靠翱翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这么方式组成了群体中通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别含有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s传输
3、速率,它传输距离在50200m范围内,但能够继续增加。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第6页2024/11/28/7ZigBee应用家庭自动化PC 机外围设备低速无线设备工业、农业和商业消费电子个人健康监护玩具和游戏q 消费性电子设备q 家庭和楼宇自动化设备q 工业控制装置q 农业自动化q 电脑外设q 医用传感器q 玩具和游戏机等设备q 支持小范围基于无线通信控制和自动化等领域监视传感器自动化控制监视诊疗传感器玩具游戏器具TVVCRDVDCD鼠标键盘操作杆保安HVAC照明门禁物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第7页2024/11/28/8Wi-Fi802.11标准是IEEE最
4、初制订一个无线局域网标准，主要用于处理办公室局域网和校园网中用户与用户终端无线接入，业务主要限于数据存取IEEE 802.11b/g/n即为Wi-Fi标准，工作频段在2.4GHz2.4835GHz，传输速率分别可达11Mbps/54Mbps/600Mbps主要特征为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达300米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有有线以太网络整合工业上也常有透传Wi-Fi作为无线数据传输物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第8页2024/11/28/9无线局域网WLANInternetWiFi无线路由器IPTV空调打印机在热点区把多台计算机相互链
5、接，以及链接到外围设备和互联网Internet高速无线接入Wi-Fi应用物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第9页2024/11/28/10蓝牙/BLE蓝牙(Bluetooth)，是一个支持设备短距离通信（普通10m内）无线电技术。能在包含移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换蓝牙采取分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用2.4GHz ISM频段。其数据速率为1Mbp采取时分双工传输方案实现全双工传输蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范补充，专门面向对成本和 功耗都有较高要求无线方案，是一个双模标准，它 包含传统蓝
6、牙部分和低功耗蓝牙部分，主要应用于智能 设备领域物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第10页2024/11/28/11蓝牙/BLE应用物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第11页2024/11/28/12LoRaLoRa是基于LPWAN（低功耗广域网）一个新型通信技术，由Semtech企业公布。其接收灵敏度到达了惊人-148dbm，与业界其它先进水平sub-GHz芯片相比，最高接收灵敏度改进了20db以上，这确保了网络连接可靠性。LoRa采取线性调频扩频调制技术，即保持低功耗特征，又显著地增加了通信距离，同时提升了网络效率，LoRa集中器/网关能够并行接收并处理多个节点数据，大大扩
7、展了系统容量。LoRa采取LoRaWAN协议，是LoRa联盟推出一个基于开源MAC层协议低功耗广域网标准。LoRa主要在全球无偿频段运行（即非授权频段），包含433、868、915 MHz等。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第12页2024/11/28/13LoRaLoRa网络主要由终端（内置LoRa模块）、网关（或称基站）、服务器和云四部分组成，应用数据可双向传输。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第13页2024/11/28/14LoRa应用物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第14页2024/11/28/15NB-IoTNB-IoT是一个基于蜂窝数据连接LPWAN
8、（低功耗广域网），NB-IoT只消耗大约180KHz带宽，可直接布署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低布署成本、实现平滑升级联合提出NB M2M提出NB OFDMA提出NB LTENB-IOT工作组NB CIOT汇报发起者NB-IOT.6冻结.9.5.5.7.7融合入融合入物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第15页2024/11/28/16NB-IoT技术优势移动物联网技术不一样定位高安全性高可靠性高速率低功耗高频谱效率大覆盖低成本低时延短距通信（ZigBee等）NB-IoT私有技术（LoRa等）NB IoT相对短距通信/私有技术优势显著技术制式网络定位国际标准NB-IoT
9、与蜂窝网融合演进低成本电信级高可靠性、高安全性广域物联网技术私有技术LoRa需独立建网、无执照波段高风险局域网物联技术Sigfox国内频段不支持、由Sigfox建网与运行商合作高成本高风险物联网技术1m100m10kmBluetoothZigBee（短距覆盖）WiFi（短距覆盖）UMTS/LTE（高成本覆盖）GSMLPWA（低功率广覆盖）覆盖100bps100kbps100Mbps速率物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第16页2024/11/28/17NB-IoT 端到端处理方案物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第17页2024/11/28/18NB-IoT应用1.空气，噪音和
10、污水是3大环境问题2.NB IoT低功耗监测设备3.建立网格化感知监测系统，及时预警，主动干预4.帮助政府环境部门应对环境挑战基于NB-IoT技术模块，上报位置等传感器数据，可认为消费者提供多种资产跟踪产品例如：自行车跟踪；儿童手环；行李箱；宠物运行商可提供基于连接+业务端到端服务1.利用NB IoT 车检器及广覆盖网络及平台，提升泊车服务运行效率2.为车主提供方便智能停车服务：车位寻找，自动计费位置跟踪环境监测 泊车 1.经济作物种植向智能化发展，比如葡萄种植2.NB enabled低功耗监测设备3.建立网格化感知监测系统，及时预警，主动干预4.帮助农场主提升产量及品质1.水务管理两大重点：
11、水质安全和节约用水2.经过NB IoT 处理方案，建立水质全程监测平台3.Smart metering：远程抄表及智能计费1.全球奶牛256 million，牛健康与牧场产值关系重大2.基于NB IoT 技术模块，上报位置/体温等传感器数据3.建立牛群监测系统，及时预警，主动干预4.帮助牧场主提升产量及品质远程抄表农业畜牧业物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第18页2024/11/28/196LoWPAN6LoWPAN（IPv6 over low power WPAN）是低速无线个域网（LR-WPAN）标准，网络层互联方案；6LoWPAN设计目标是在无线个域网（WPAN）中引入IPv6
12、协议，在网络层和MAC层间加一个网络适配层，完成包头压缩、分片、重组和路由转发等，实现在IEEE 802.15.4上传输IPv6数据包；6LoWPAN支持星型、树型、MESH网等各种网络拓扑结构；Contiki等操作系统均集成了6LoWPAN协议支持物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第19页2024/11/28/206LoWPAN技术应用层表示层会话层传输层网络层数据链路物理层6LoWPAN特定应用程序（使用Socket接口）未使用未使用TCP/UDPIPv6，6LoWPAN适配层，分片和重组技术IEEE 802.15.4 MAC(CSMA/CA)IEEE 802.15.4 PHY提供
13、IPv6数据压缩、分片重组功效，Mesh路由功效OSI6LoWPAN物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第20页2024/11/28/22惯用无线通信技术ZigBee无线技术Ti CC2530软件接口Basic RF代码解析CC2530无线通信试验物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第22页2024/11/28/23ZigBee起源工业自动化和家庭智能化对无线数据通信需求越来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定局限；年，zigbee Alliance成立；Zigbee协议在20正式问世；20，zigbee V1.0诞生；20，推出zigbee 2006,比较完善；20底，zig
14、bee PRO推出。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第23页2024/11/28/24ZigBee联盟组员CompXsZigBee联盟主要目标是以透过加入无线网络功效，为消费者提供更富弹性、更易用电子产片。ZigBee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球民用、商用、公用及工业用等市场。生产商终于能够利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、廉价又省电各种产品。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第24页2024/11/28/25ZigBee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62
15、4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15ms30ms安全：ZigBee提供了数据完整性检验和鉴权功效，采取AES-128加密算法有效范围小：有效覆盖范围50200米，详细依据实际发射功率大小和各种不一样应用模式而定工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（无偿）频段传输可靠：采取碰撞防止策略，同时为需要固定带宽业务预留专用时隙。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第25页2024/11/28/26ZigBee通信可靠性物联网系列专业课程之无
16、线传感网技术培训课件第26页2024/11/28/27ZigBee技术体系一个真正ZigBee，由ZigBee Alliance所主导标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（MAC Layer）；ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立，从下往上依次是物理层，MAC层，网络/安全层，应用支持子层，应用层。物理层MAC层网络层安
17、全层应用层应用支持子层ZigBee联盟IEEE 802.15.4用户硬件实现ZigBee平台通信栈应用层物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第27页2024/11/28/28ZigBee通信频道遵照IEEE802.15.4协议。物理层是协议最底层，承付着和外界直接作用任务。主要目标：控制RF收发器工作。调制方式：扩频通信信号传输距离：50m（室内），200m（室外）。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第28页2024/11/28/29ZigBee通信频道物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第29页2024/11/28/31ZigBee网络架构全功效设备(FFD)：能够担任网
18、络协调者，形成网络，让其它FFD或是精简功效装置（RFD）连结，FFD具备控制器功效，可提供信息双向传输。附带由标准指定全部 802.15.4 功效和全部特征更多存放器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。也能用作终端设备精简功效设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。附带有限功效来控制成本和复杂性设备类型拓扑类型可否成为网络协调器通话对象全功效器件（FFD）星形，树形，网状能够任何ZigBee设备简化功效器件（RFD）星形不能够只能与协调器通话物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第31页2024/11/28/32ZigBee网络架构从节点类型来分类ZigBee
19、设备包含：协调器、路由器、终端节点。ZigBee 协调器(Coordinator)：上电开启和配置网络（比如设定网络标示符，选择信道），一旦完成后相当于路由器功效每各ZigBee网络必须有一个ZigBee 路由器(Router)：允许其它网络设备加入多跳路由帮助电池供电子节点通信自己作为终端节点应用ZigBee 终端节点(EndDevice)：向路由节点传递数据没有路由功效低功耗（ZigBee低功耗主要表达在这里）可选择睡眠与唤醒。（路由因不停转发数据需电源供电，终端节点电池供电）物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第32页2024/11/28/33ZigBee网络拓扑模型物联网系列专业
20、课程之无线传感网技术培训课件第33页2024/11/28/34ZigBee Mesh网络拓扑模型MESH网状网络拓扑结构网络含有强大功效，网络能够经过多级跳方式来通信；该拓扑结构还能够组成极为复杂网络；网络还具备自组织、自愈功效。物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第34页2024/11/28/35ZigBee个域网地址PAN ID是个域网地址，也是网络ID(即网络标识符)ZigBee协议使用一个16位个域网标志符（PAN ID）来标识一个网络全部节点PAN ID唯一，一个网络只有一个PAN ID，它是由PAN协调器生成，PAN ID是可选配置项，用来控制 ZigBee路由器和终端节点要
21、加入那个网络ZDAPP_CONFIG_PAN_ID设置为0 xFFFF时，节点就将建立或加入一个“最优”网络ZDAPP_CONFIG_PAN_ID设置为0 x00010 x3FFF，节点将建立或加入该个域网地址网络物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第35页2024/11/28/36ZigBee地址/寻址ZigBee设备有两种网络地址：1个是64位IEEE地址，通常也叫作MAC地址或者扩展地址（Extended address）另一个是16位网络地址，也叫做逻辑地址（Logical address）或者短地址，建立网络以后，由协调器动态分配64位长地址是全球唯一地址，而且终生分配给设备。
22、这个地址可由制造商设定或者在安装时候设置，是由IEEE来提供特殊逻辑地址（addrMode设为AddrBroadcast）：0 x0，协调器地址NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL(0 xFFFF)，数据包将被传送到网络上全部设备NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON(0 xFFFD)，数据包将被传送到网络上全部非睡眠设备NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVZCZR(0 xFFFC)，数据包发送给全部路由器，包含协调器物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第36页2024/11/28/37构建ZigBee网络初始化IEEE
23、802.15.4协议栈创建PAN Coordinator设置网络PAN ID设置Coordinator短地址设置射频频率通道开启网络其它节点加入网络获取短地址，开始通信及数据传输首先，每个设备协议栈必须要对其PHY和MAC层初始化每个网络必须有一个也只能有一个PAN CoordinatorPAN ID作为网络标识，能够被人为预定义除64位IEEE MAC 地址外，还须分配一个16位短地址“0”从16个信道中选择一个作为通信通道设备以Coordinator模式开启，然后就开放请求应答有能够利用Coordinator，设备就能够申请加入网络设备被Coordinator接收，将取得短地址作为标识，便
24、可传输数据物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第37页2024/11/28/39惯用无线通信技术ZigBee无线技术Ti CC2530软件接口Basic RF代码解析CC2530无线通信试验物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第39页2024/11/28/40CC2530官方资料CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用一个真正片上系统（SoC）处理方案。CC2530结合了TI企业业界领先ZigBee协议栈（ZStack），便于用户使用处理ZigBee问题。TI官网提供了软件包下载： Examples包，它是基于下面架构来设计：应用层：
25、包含应用例程基础射频层：该层提供一个简单传输协议硬件抽象层：提供与硬件相关函数接口物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第41页2024/11/28/42软件例程包介绍docs：该文件夹提供了CC2530软件例程包使用说明文档ide：提供了CC2530IAR工程，包含：light_switch：无线控制led灯开关试验工程；per_test：丢包率检测试验工程；source：它包含两个文件夹：apps：提供了ide中三个例子试验源码；components：提供公共库函数：basicrf：基础rf库函数common：公共类型及中止相关定义radios：adc及时钟相关配置函数targets：
26、节点板相关配置函数utils：实用工具库物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第42页2024/11/28/43软件API解析light_switch.c：主程序basic.rf.c：无线通信程序uint8 basicRfInit(basicRfCfg_t*pRfConfig)：初始化Basic RF数据结构，设置模块传输通道，短地址，PAN IDuint8 basicRfSendPacket(uint16 destAddr,uint8*pPayload,uint8 length)：给目标短地址发送指定长度数据uint8 basicRfPacketIsReady(void)：检验模块是否已
27、经能够接收下一个数据uint8 basicRfReceive(uint8*pRxData,uint8 len,int16*pRssi)：接收来自Basic RF层数据包物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第43页2024/11/28/44软件API解析common：公共头文件及惯用硬件宏定义interface：硬件头文件定义物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第44页2024/11/28/45软件API解析hal_mcu.c：mcu初始化及复位操作void halMcuInit(void)：初始化muc时钟void halMcuWaitUs(uint16 usec)：延时void
28、halMcuReset(void)：复位mcuhal_rf.c：CC2530节点板射频接口函数uint8 halRfInit(void)：RF初始化，使能自动应答及校验，使能RX及中止uint8 halRfSetTxPower(uint8 power)：设置传输TX输出功耗void halRfWriteTxBuf(uint8*pData,uint8 length)、void halRfReadRxBuf(uint8*pData,uint8 length)：读写bufferuint8 halRfTransmit(void)：发送帧空闲信道void halRfReceiveOn(void)：开启接
29、收功效物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第45页2024/11/28/46软件API解析hal_board.c：板载部分部分设备初始化hal_button.c：按键驱动hal_digio.c：数字IO驱动hal_led.c：LED驱动物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第46页2024/11/28/47惯用无线通信技术ZigBee无线技术Ti CC2530软件接口Basic RF代码解析CC2530无线通信试验物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第47页2024/11/28/48Basic RF介绍Basic RF由TI企业提供，它包含了IEEE 802.15.4 标准数据
30、包收发功效但并没有使用到协议栈；它仅仅是让两个节点进行简单通信，就是说Basic RF仅仅是包含IEEE 802.15.4 标准一小部分而已。Basic RF特点：不会自动加入协议，也不会自动扫描其它节点，也没有组网指示灯没有协调器、路由器或者终端区分，节点地位相等没有自动重发功效物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第48页2024/11/28/49Basic RF帧格式：Basic RF帧格式：1212222Variable2帧长度帧控制帧序号目标PAN ID目标地址源地址辅助安全头帧载荷FCS物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第49页2024/11/28/50Basic RF
31、工作过程开启：确保外围器件没问题创建一个basicRfCfg_t 数据结构，并初始化其中组员调用basicRfInit()函数进行协议初始化物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第50页2024/11/28/51Basic RF工作过程发送：创建一个buffer，把payload放入其中。Payload最大为103字节调用basicRfSendPacket()函数发送，并查看其返回值物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第51页2024/11/28/52Basic RF工作过程接收：上层经过basicRfPacketIsReady()函数来检验是否收到一个新数据包调用basicRfRe
32、ceive()函数，把收到数据复制到buffer 中物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第52页2024/11/28/53惯用无线通信技术ZigBee无线技术Ti CC2530软件接口Basic RF代码解析CC2530无线通信试验物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第53页2024/11/28/54P2P点对点通信试验选择项目板上面两个节点进行点对点通信项目板上电，将两个节点USB串口连接到电脑，运行两个串口工具，进行串口收发数据向串口工具发送框内填入数据并以回车键结尾，将作为发送节点发送数据发送节点串口会打印接收端地址、本机地址和发送数据接收节点会打印发送端地址、本机地址和接收
33、到数据物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第54页2024/11/28/55广播通信试验选择项目板上面三个节点进行广播通信项目板上电，将三个节点USB串口连接到电脑，运行三个串口工具，进行串口收发数据向串口工具发送框内填入数据并以回车键结尾，将作为发送节点发送数据发送节点串口会打印接广播地址、本机地址和发送数据其它接收节点串口会打印广播地址、本机地址和接收到数据物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第55页2024/11/28/56RSSI信号采集试验选择项目板上面两个节点进行点对点通信项目板上电，将两个节点USB串口连接到电脑，运行两个串口工具，进行串口收发数据向串口工具发送框内填
34、入数据并以回车键结尾，将作为发送节点发送数据发送节点串口会打印接收端地址、本机地址和发送数据接收节点会打印发送端地址、本机地址、接收到数据和信号强度物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第56页2024/11/28/57无线风扇控制试验选择项目板上面节点一和节点二进行点对点通信项目板上电运行后，将两个节点USB串口连接到电脑，运行两个串口工具，进行串口收发数据经过在节点一内对应串口工具内写入指令并以回车结尾发送数据节点一串口会打印接收端地址、本机地址和发送数据节点二串口会打印发送端地址、本机地址和接收到数据，并控制风扇状态物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第57页2024/11/28/58物联网系列专业课程之无线传感网技术培训课件第58页
