Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)
來(lái)源：博觀科技日期：2024-01-29 09:34:13
什么是ZigBee？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)。
一、ZigBee技術(shù)的起源與發(fā)展
在介紹ZigBee之前，要先提一下他的前輩——藍(lán)牙，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，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過(guò)人們的長(zhǎng)期努力， Zigbee協(xié)議在2003年于美國(guó)正式問(wèn)世了。
二、ZigBee的技術(shù)原理
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)通信的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；另外整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。例如，你可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在北京監(jiān)控云南某地的一個(gè)ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。
三、ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)
ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。
-
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)；
-
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。
四、ZigBee的技術(shù)應(yīng)用
作為一種低速率的短距離無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee有其自身的特點(diǎn)，因此有為它量身定做的應(yīng)用，盡管在某些應(yīng)用方面可能和其他技術(shù)重疊。ZigBee可能的一些應(yīng)用，包括智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
智能家居
ZigBee技術(shù)可以把家里很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)、煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備都聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet，這樣用戶就可以在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。
工業(yè)控制
工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。
自動(dòng)抄表
現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來(lái)進(jìn)行抄表，逐家逐戶的敲門(mén)，很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。
醫(yī)療監(jiān)護(hù)
電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生問(wèn)題，可以及時(shí)做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過(guò)ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無(wú)線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。
傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。
