電子發(fā)燒友網(wǎng)核心提示:本文是關(guān)于ZigBee技術(shù)的一些基礎(chǔ)知識(shí)、行業(yè)應(yīng)用方面的精華匯總。希望通過(guò)本文的分析,能讓大家對(duì)ZigBee技術(shù)的起源、發(fā)展、特點(diǎn)、前景及其在通信網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)應(yīng)用有全面直觀的了解。
1、基礎(chǔ)知識(shí)篇
Q1-1 ZigBee起源什么技術(shù)?
A:在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中,人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn),但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè),家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言,藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜,功耗大,距離近,組網(wǎng)規(guī)模太小等,而工業(yè)自動(dòng)化對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的,并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此,經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期努力,ZigBee協(xié)議在2003年中正式問(wèn)世了。另外,ZigBee使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home RF Lite。
Q1-2:什么是ZigBee?
A: 首先ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù),主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備中,同時(shí)支持地理定位功能。由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位和遠(yuǎn)近信息的,也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”,因此ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來(lái)形象地描述這種無(wú)線信息傳輸技術(shù)。
Q1-3:ZigBee技術(shù)有哪些特點(diǎn)?
A: ZigBee的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面:
(1)低功耗:在低耗電待機(jī)模式下,2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6-24個(gè)月,甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時(shí);
?。?)低成本:通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議是成本很低(不足藍(lán)牙的1/10),降低了對(duì)通信控制器的要求,按預(yù)測(cè)分析,以8051的8位微控制器測(cè)算,全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,而且ZigBee的協(xié)議專利免費(fèi);
(3)低速率:ZigBee工作在250kbps的通訊速率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求;
?。?)近距離:傳輸范圍一般介于10~100m之間,在增加RF發(fā)射功率后,亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn);
?。?)短時(shí)延:ZigBee的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要3-10s、WiFi需要3s;
?。?)高容量:ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn);同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng);
?。?)高安全:ZigBee提供了三級(jí)安全模式,包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱密碼,以靈活確定其安全屬性;
?。?)免執(zhí)照頻段:采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療2.4GHz(全球)頻段。
Q1-4:為什么說(shuō)ZigBee是順應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化對(duì)可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸日益增長(zhǎng)的需求而產(chǎn)生的?
A:ZigBee技術(shù)本身,就是因?yàn)樘m牙技術(shù)不能滿足工業(yè)自動(dòng)化中,對(duì)低數(shù)據(jù)量,低成本,低功耗,高可靠性的無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求而產(chǎn)生的。因?yàn)?,?duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的,并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。ZigBee技術(shù)中,使用網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),自動(dòng)路由,動(dòng)態(tài)組網(wǎng),直序擴(kuò)頻的方式。就是為了滿足工業(yè)自動(dòng)化控制現(xiàn)場(chǎng)的這種需要。
2、通信技術(shù)篇
Q2-1: ZigBee使用那種協(xié)議?
A: IEEE802.15.4協(xié)議,這是一種低傳送速率的無(wú)限PAN的協(xié)議。在標(biāo)準(zhǔn)化方面,IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC層的協(xié)議,其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn),高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。
Q2-2:為什么ZigBee無(wú)線通信使用2,4G頻段是免費(fèi)頻段?
A:在我國(guó)和世界上大多數(shù)其他國(guó)家,一般使用無(wú)線電設(shè)備都是要付頻率使用費(fèi)的,包括手機(jī)通信,只不過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)向國(guó)家支付了這筆費(fèi)用,并通過(guò)號(hào)碼占用費(fèi)等方式向用戶收取了這筆費(fèi)用。在使用其它無(wú)線設(shè)備時(shí),你首先要向國(guó)家相關(guān)部門申請(qǐng)頻率使用許可,然后根據(jù)你的無(wú)線設(shè)備所使用的頻率,功率大小和數(shù)量收取費(fèi)用。這是一筆不小的費(fèi)用,一般設(shè)備一年往往要交納幾千元的費(fèi)用。而免費(fèi)頻段,是指各個(gè)國(guó)家根據(jù)各自的實(shí)際情況,并考慮盡可能與世界其他國(guó)家規(guī)定的一致性,而劃分出來(lái)的一個(gè)頻段,專門用于工業(yè),醫(yī)療以及科學(xué)研究使用(ISM頻段),不需申請(qǐng)而可以免費(fèi)使用的頻段。我們國(guó)家的2.4G頻段,就是這樣一個(gè)頻段。然而,為了保證大家都可以合理使用,國(guó)家對(duì)該頻段內(nèi)的無(wú)線收發(fā)設(shè)備,在不同環(huán)境下的使用功率做了相應(yīng)的限制。例如在城市環(huán)境下,發(fā)射功率不能超過(guò)100mW。
Q2-3:ZigBee僅適合近距離通信嗎?
A:ZigBee局域網(wǎng)絡(luò)不僅可以通過(guò)提高每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò),而且還可以通過(guò)傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)去監(jiān)控路途遙遠(yuǎn)的ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。但是,在進(jìn)行擴(kuò)張要注意的是:(1)隨著發(fā)射功率的增加,耗電量自然要增大,只要求耗電也大,便會(huì)失去ZigBee本身電能消耗很低的優(yōu)勢(shì);(2)盡管2.4Ghz是免費(fèi)頻段,但是不能超過(guò)電波法中對(duì)于最大功率的限制。
Q2-4:ZigBee采用直序擴(kuò)頻的通信方式有什么好處?
A:同樣的頻段,采用不同的通信方式則結(jié)果也許會(huì)有很大的差別,例如ASK,F(xiàn)SK,F(xiàn)HSS,DSSS等的抗干擾能力,通信安全保密性,可靠性都各不相同。ZigBee系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)一樣,都采用的是直序擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS),它是一種抗干擾能力極強(qiáng),保密性和可靠性都很高的通信方式。如果你使用過(guò)這兩種技術(shù)的通信產(chǎn)品,你會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者在可靠性上不同凡響。
由于擴(kuò)頻技術(shù)在正常通信時(shí)所要求的信噪比可以很低,就是說(shuō),在干擾很強(qiáng)的環(huán)境下,它仍然能夠正常工作。根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn),這相當(dāng)于接收靈敏度提高了7dBm。它也不容易干擾別人。換句話說(shuō),它可以使用較低的功率傳輸更遠(yuǎn)的距離。下面引用擴(kuò)頻技術(shù)優(yōu)越性有關(guān)的一些資料供參考:
CDMA是繼世界上推出數(shù)字通信技術(shù)之后,1995年又推出的一種新型數(shù)字蜂窩技術(shù),它利用數(shù)字傳輸方法,采用擴(kuò)頻通信技術(shù),大幅度地提高了頻率利用率,具有容量大、覆蓋范圍廣、手機(jī)功耗小、話音質(zhì)量高的突出優(yōu)點(diǎn),將移動(dòng)通信技術(shù)推向發(fā)展新階段。CDMA(碼分多址連接)蜂窩系統(tǒng)與FDMA(頻分多址連接)和TDMA(時(shí)分多址連接)系統(tǒng)相比,CDMA系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點(diǎn):
(1)抗干擾性能好由于CDMA 經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻處理,故抗干擾性能好,可和同頻帶的窄帶共存,而不影響其正常工作。
(2)抗多徑衰落能力強(qiáng)多徑衰落是影響移動(dòng)通信質(zhì)量的一個(gè)突出問(wèn)題,通常必須采取空間分集、自適應(yīng)均衡等技術(shù)加以克服,還有較大衰落余量。CDMA系統(tǒng)可以利用多徑信號(hào)提供路徑分集,這樣不但緩和瑞利衰落,而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落,從而大大提高通信質(zhì)量。
?。?)系統(tǒng)容量增大對(duì)于FDMA與TDMA,若小區(qū)的頻點(diǎn)或時(shí)隙一分配完,則小區(qū)就不能接收新的呼叫,容量有硬性限制。而CDMA是干擾受限系統(tǒng),在指定的干擾電平下,即使用戶數(shù)已達(dá)到限定數(shù)目時(shí),也還允許增加個(gè)別用戶,其缺點(diǎn)是造成話音質(zhì)量下降。業(yè)務(wù)提供者可在容量與話音質(zhì)量之間進(jìn)行平衡。CDMA精確的功率控制和軟切換技術(shù)大大降低了干擾信號(hào)的強(qiáng)度和所需的信噪比要求,而且有效地采用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接收、功率控制。據(jù)介紹,CDMA信噪比是DAMPS、TDMA的3.7倍,是TACS的11.2倍,是AMPS的13.6倍,是FM/FDMA方式的20倍。
?。?)通信質(zhì)量好CDMA系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù),綜合應(yīng)用時(shí)間分集、頻率分集、空間分集、路徑分集等多種分集技術(shù)克服多徑效應(yīng),可以獲得很強(qiáng)的抗干擾能力,加上它在越區(qū)切換時(shí)采用先建立后中斷的軟切換技術(shù),保證了CDMA的通信質(zhì)量,特別在越區(qū)切換時(shí)無(wú)乒乓效應(yīng)。本系統(tǒng)屬寬帶低噪比,波形允許采用高冗余度糾錯(cuò)編碼和高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)來(lái)確保高質(zhì)量話音和數(shù)據(jù)傳輸。
(5)頻率利用率高CDMA系統(tǒng)的同一頻率,可以在所有小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用,其頻率復(fù)用率為2/3(FDMA和TDMA的頻率復(fù)用率為1/7),不需要FDMA和TDMA那樣進(jìn)行頻率配置,大大簡(jiǎn)化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入。
?。?)多址能力強(qiáng)CDMA系統(tǒng)多址能力決定擴(kuò)頻編碼間的多址干擾大小,它與使用的擴(kuò)頻編碼方案有關(guān),與同時(shí)發(fā)送信號(hào)的用戶間的多址干擾(即擴(kuò)頻編碼的相關(guān)特性)有關(guān),與允許的接收質(zhì)量有關(guān)(輸出信噪比),因此同時(shí)工作用戶間的多址干擾越低,能允許的接收質(zhì)量越低,CDMA技術(shù)的多址能力就越強(qiáng)。
?。?)高度可靠的保密安全性CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)保密通信系統(tǒng),若再加一定的加密算法技術(shù),能大大提高通信保密性能,這是FDMA、TDMA系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。分析其采用的擴(kuò)頻系統(tǒng),要想截獲別人的通信內(nèi)容幾乎是不可能的,如只要機(jī)內(nèi)鋰電池不放完電,它以512KHz的時(shí)鐘頻率加以改變其序列的即時(shí)狀態(tài),即使是連續(xù)工作,它的擴(kuò)頻地址序列周期也長(zhǎng)達(dá)7年。它還可以方便地在CDMA系統(tǒng)設(shè)置和改變主密鑰、副密鑰、擴(kuò)頻碼表、標(biāo)準(zhǔn)加密算法等,使通信的保密性更為可靠。
?。?)手機(jī)功耗小CDMA采用功率控制后,僅在衰落期間調(diào)高發(fā)射功率電平,從而使平均發(fā)射功率減小,F(xiàn)DMA的最小功率為5mW、平均發(fā)射功率為794 mW、峰值功率為3W,而CDMA的最小功率為2.3mW、平均發(fā)射功率為5 mW、 峰值功率為100mW。由此可見(jiàn)CDMA的平均發(fā)射功率和最大發(fā)射功率比FDMA低,從而使系統(tǒng)容量增加,減少了小區(qū)數(shù)和降低設(shè)備成本。
Q2-5:ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺(tái)的比較有哪些特點(diǎn)?
A:其優(yōu)點(diǎn)如下:
?。?) 可靠性高:由于ZigBee模塊的集成度遠(yuǎn)比一般數(shù)傳電臺(tái)高,分離元器件少,因而可靠性更高;
?。?) 使用方便安全:因?yàn)榧啥雀?,比起一般?shù)傳電臺(tái)來(lái),ZigBee收法模塊體積可以做得很小,而且功耗低,最大發(fā)射電流比一個(gè)CDMA手機(jī)還要小許多,因而很容易集成或直接安放在到設(shè)備之中,不僅使用方便,而且在戶外攜帶使用時(shí)不容易受到損壞;
?。?) 抗干擾力強(qiáng),保密性好,誤碼率低:ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G 直序擴(kuò)頻技術(shù),比起一般FSK,ASK和跳頻的數(shù)傳電臺(tái)來(lái),具有更好的抗干擾能力,和更遠(yuǎn)的傳輸距離;
?。?) 免費(fèi)頻段:ZigBee使用的是免費(fèi)頻段,而許多數(shù)傳電臺(tái)所使用的頻段不僅需要申請(qǐng),而且每年都需要向國(guó)家無(wú)委會(huì)交納相當(dāng)?shù)念l率使用費(fèi);
?。?) 價(jià)格低: ZigBee數(shù)傳模塊的價(jià)格只有具有類似功能的數(shù)傳電臺(tái)的幾分之一。
3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)篇
Q3-1:ZigBee是具有怎樣的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)?
A:簡(jiǎn)單的說(shuō),ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò),類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò),ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里,并且支持無(wú)線擴(kuò)展。
ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng),每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站,在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),它們之間可以進(jìn)行相互通信;每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米,到擴(kuò)展后的幾百米,甚至幾公里。
與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是,ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立,因而,它必須具有簡(jiǎn)單,使用方便,工作可靠,價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立,每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上,而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象,例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外,每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi),和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線連接。
每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD和RFD)可以支持多達(dá)31個(gè)的傳感器和受控設(shè)備,每一個(gè)傳感器和受控設(shè)備終可以有8種不同的接口方式??梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量。
Q3-2:ZigBee所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事?
A:舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題,當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后,每人持有一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端,降落到地面后,只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi),通過(guò)彼此自動(dòng)尋找,很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。他們預(yù)先無(wú)法判斷誰(shuí)雨,而且,由于人員的移動(dòng),彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化。因而,模塊還可以通過(guò)重新尋找通信對(duì)象,確定彼此間的聯(lián)絡(luò),對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。
Q3-3:ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來(lái)通信?
A:網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信,在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),由于各種原因,往往并不能保證每一個(gè)無(wú)線通道都能夠始終暢通,就像城市的街道一樣,可能因?yàn)檐嚨?,道?a target="_blank">維修等,使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時(shí)中斷,此時(shí)由于我們有多個(gè)通道,車輛(相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù))仍然可以通過(guò)其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制而言則非常重要。
Q3-4:為什么自組織網(wǎng)要采用動(dòng)態(tài)路由的方式?
A:所謂動(dòng)態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的,而是傳輸數(shù)據(jù)前,通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索,分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近,然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)絡(luò)管理軟件中,路徑的選擇使用的是“梯度法”,即先選擇路徑最近的一條通道進(jìn)行傳輸,如傳不通,再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的通路進(jìn)行傳輸,以此類推,直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變化,或者因各種原因路徑被中斷了,或者過(guò)于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送。動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),就可以很好解決這個(gè)問(wèn)題,從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
Q3-5:ZigBee 和現(xiàn)有的通信移動(dòng)網(wǎng)(GPRS,CDMA-1X)比較有哪些特點(diǎn)?
A: 其特點(diǎn)為:
?。?) 無(wú)網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi):使用移動(dòng)網(wǎng)需要長(zhǎng)期支付網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi),而且是按節(jié)點(diǎn)終端的數(shù)量計(jì)算的,而ZigBee沒(méi)有這筆費(fèi)用;
?。?) 設(shè)備投入低:使用移動(dòng)網(wǎng)需要購(gòu)買移動(dòng)終端設(shè)備,每個(gè)終端的價(jià)格在人民幣1000元上下,而使用ZigBee網(wǎng)絡(luò),不僅ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊(相當(dāng)于基站)費(fèi)用每只人民幣不到1000元,而且,主要使用的網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)(相當(dāng)于手機(jī))的價(jià)格還要低得多;
?。?) 通信更可靠:由于現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)主要是為手機(jī)通信而設(shè)計(jì)的,盡管CDMA-1X和GPRS可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,但實(shí)踐發(fā)現(xiàn),不僅通信速率比設(shè)計(jì)速率低很多,而且數(shù)據(jù)通信的可靠信、連續(xù)性在許多情況下也得不到保證。而ZigBee網(wǎng)絡(luò)則是專門為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設(shè)計(jì)的,因而控制數(shù)據(jù)的傳輸具有相當(dāng)?shù)谋WC;
?。?) 高度的靈活性和低成本:首先,通過(guò)使用覆蓋距離不同,功能不同的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),以及其它非ZigBee系統(tǒng)的低成本的無(wú)線收發(fā)模塊,建立起一個(gè)ZigBee局部自動(dòng)化控制網(wǎng),再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)與遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)相連,從而實(shí)現(xiàn)低成本,高效率的工業(yè)自動(dòng)化遙測(cè)遙控;
(5) 比起現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)來(lái),盡管ZigBee僅僅只是一個(gè)局域網(wǎng),但通過(guò)供足夠的數(shù)據(jù)出口,它可以“無(wú)限”擴(kuò)大它的覆蓋范圍,而且可以與現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡(luò)相連接。并通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)將許多個(gè)ZigBee局域網(wǎng)相互連成為一個(gè)整體。有效的解決移動(dòng)網(wǎng)的盲區(qū)覆蓋問(wèn)題:我們知道,現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在許多地方存在盲區(qū),特別是鐵路,公路,油田,礦山等野外,更是如此。而增加一個(gè)移動(dòng)基站或直放站的費(fèi)用是相當(dāng)可觀的,此時(shí)使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行盲區(qū)覆蓋不僅經(jīng)濟(jì)有效,而且往往是現(xiàn)在唯一可行手段。
Q3-6:ZigBee怎樣實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)遙控?
A:ZigBee 網(wǎng)絡(luò)還可以通過(guò)接口卡等多種方式,與互聯(lián)網(wǎng),GPRS網(wǎng),CDMA1x網(wǎng)以及其它通信系統(tǒng)線連接,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。你也可以通過(guò)其它網(wǎng)絡(luò),將兩個(gè)或多個(gè)局部ZigBee 網(wǎng)絡(luò)連接在一起。
4 、市場(chǎng)應(yīng)用篇
Q4-1:ZigBee技術(shù)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域?
A:ZigBee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì),工業(yè),家庭自動(dòng)化,遙測(cè)遙控,例如燈光自動(dòng)化控制,傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,油田,電力,礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。
Q4-2:ZigBee實(shí)現(xiàn)了哪些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?/strong>
A:要求低功耗,低數(shù)據(jù)量(250KPS),低成本,使用免費(fèi)的ISM頻段(2.4G),高的抗干擾性能的直序擴(kuò)頻通信方式(DSSS),高保密性(64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密),高集成度和高的可靠性;節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能,采用了包括網(wǎng)狀網(wǎng)在內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使用了碰撞避免機(jī)制,信息在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸,從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
Q4-3:ZigBee可以在哪些方面拓展應(yīng)用?
A:ZigBee應(yīng)用:其范圍非常廣泛,可以針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、遙測(cè)遙控、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理、油田、電力、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)際應(yīng)用舉例如下:照明控制、環(huán)境控制、自動(dòng)讀表系統(tǒng)、各類窗簾控制、煙霧傳感器、醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)、大型空調(diào)系統(tǒng)、內(nèi)置家居控制的機(jī)頂盒及萬(wàn)能遙控器、暖氣控制、家庭安防、工業(yè)和樓宇自動(dòng)化。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。
Q4-4:凡符合什么條件的短距離通信就可以考慮采用ZigBee技術(shù)?
A:通常,符合如下條件之一的短距離通信就可以考慮應(yīng)用ZigBee:
?。?)需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多;
?。?)要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大,而要求設(shè)備成本低;
?。?)要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高,安全性高;
(4)要求設(shè)備體積很小,不便放置較大的充電電池或者電源模塊;
?。?)可以用電池供電;
(6)地形復(fù)雜,監(jiān)測(cè)點(diǎn)多,需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋;
(7)對(duì)于那些現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)進(jìn)行覆蓋;
(8)已經(jīng)使用了現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測(cè)遙控系統(tǒng)。
Q4-5:ZigBee技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用情況怎樣?
A: 盡管國(guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注ZigBee這項(xiàng)新技術(shù),而且也有不少企業(yè)開(kāi)始涉足ZigBee技術(shù)的開(kāi)發(fā),然而,考慮到ZigBee本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù),應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)必須用網(wǎng)絡(luò)傳輸,射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起,所以對(duì)于初期開(kāi)發(fā)的企業(yè)來(lái)說(shuō)具有一定的技術(shù)難度。由于各方面的制約,ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日。但是目前已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值,相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn),一定會(huì)得到更大的應(yīng)用。但是,我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到,基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開(kāi)始發(fā)展,它的技術(shù)、應(yīng)用都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上成熟,國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī),加大投入力度,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。
5、ZigBee聯(lián)盟
Q5-1 ZigBee聯(lián)盟的使命是什么?
A:ZigBee聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織,成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。
Q5-2 ZigBee聯(lián)盟的目標(biāo)是什么?
A:ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能,為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品,應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場(chǎng)。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來(lái)。
Q5-3 ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)是什么?
A:其焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用軟件層;提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測(cè)試規(guī)格;在世界各地推廣ZigBee品牌并爭(zhēng)取市場(chǎng)的關(guān)注;管理技術(shù)的發(fā)展。
Q5-3 ZigBee聯(lián)盟在標(biāo)準(zhǔn)上所做的工作是什么?
A:ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定:IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層,標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會(huì)陸續(xù)發(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞,而且IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議,因此ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn),而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒(méi)有限制。ZigBee聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層,以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí),而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。
ZigBee聯(lián)盟強(qiáng)調(diào)設(shè)備的互通性:很多近距離電子產(chǎn)品嵌入了ZigBee模塊都已具有ZigBee功能,還有許多各種產(chǎn)品預(yù)留了ZigBee的接口以備日后隨時(shí)升級(jí)。各類網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā),網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品支持ZigBee系統(tǒng)與家居控制網(wǎng)絡(luò)、智能建筑網(wǎng)絡(luò)及商用網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有的設(shè)施互聯(lián)等。
評(píng)論
查看更多