Zigbee名詞解釋
Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和 “嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)描述
簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。
ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴展。
與移動通信的 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)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。
ZigBee采用的自組織網(wǎng)通信方式
ZigBee技術(shù)所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當(dāng)一隊傘兵空降后，每人持有一個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)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進行刷新。這就是自組織網(wǎng)。
ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來通信？
網(wǎng)狀網(wǎng)通信實際上就是多通道通信，在實際工業(yè)現(xiàn)場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制而言則非常重要。
為什么自組織網(wǎng)要采用動態(tài)路由的方式？
所謂動態(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，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時可利用的所有路徑進行搜索，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行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點的通路進行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達目的地為止。在實際工業(yè)現(xiàn)場，預(yù)先確定的傳輸路徑隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
ZigBee自身的技術(shù)優(yōu)勢
①低功耗。在低耗電待機模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時?，F(xiàn)在，TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee節(jié)點。該節(jié)點采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機給TI公司的ZigBee提供電源。
②低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10) ,降低了對通信控制器的要求，按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。
③低速率。ZigBee工作在20～250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。
④近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。
⑤短時延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。
⑥高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理,最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。
⑦高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。
⑧免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段，2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。
ZigBee的頻帶
1) 868MHZ 傳輸速率為20Kb/S 適用于歐洲
2) 915MHZ 傳輸速率為40Kb/S 適用于美國
3) 2.4GHZ 傳輸速率為250Kb/S 全球通用
由于此三個頻帶物理層并不相同,其各自信道帶寬也不同，分別為0.6MHZ,2MHZ和5MHZ.分別有1個10個和16個信道。
不同頻帶的擴頻和調(diào)制方式有區(qū)別.雖然都使用了直接擴頻(DSSS)的方式，但從比特到碼片的變換方式有較大的差別。
調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù),但868MHZ和915MHZ頻段采用的是BPSK,而2.4GHZ頻段采用的是OQPSK.
在發(fā)射功率為0dBm的情況下，BLUETOOTH通常能用10M的作用范圍。
而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室內(nèi)通常能達到30-50米作用距離,在室外空曠地帶，甚至可以達到400米作用距離（TICC2530不加入功率放大時的數(shù)據(jù)）。
所以ZigBee可歸為低速率的短距離無線通信技術(shù).
ZigBee的應(yīng)用前景
ZigBee并不是用來與藍(lán)牙或者其他已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)競爭，它的目標(biāo)定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足其需求的特定的市場，它有著廣闊的應(yīng)用前景。ZigBee 聯(lián)盟預(yù)言在未來的四到五年，每個家庭將擁有50 個ZigBee 器件，最后將達到每個家庭150 個。據(jù)估計，到2007 年，ZigBee市場價值將達到數(shù)億美元。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：
◆家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等
◆工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動化控制
◆商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等
◆公共場所：煙霧探測器等
◆農(nóng)業(yè)控制：收集各種土壤信息和氣候信息
◆醫(yī)療：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。
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