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全面解析：ZigBee技術(shù)

Ghostyu谷雨 發(fā)布時(shí)間：2014-01-07 閱讀次數(shù)：5512

  

導(dǎo)讀： 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，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年中通過(guò)后，于2004正式問(wèn)世了。


1、Zigbee來(lái)源于藍(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)家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)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，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年中通過(guò)后，于2004正式問(wèn)世了。

2、Zigbee 就是一個(gè)屬于你自己的高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)

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)不僅可以“無(wú)限”擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，而且還可以與現(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)。

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)移動(dòng)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”卻不到幾百元人民幣；每個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以與監(jiān)控對(duì)對(duì)象，例如傳感器連接直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，它還可以自動(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）可以可支持多到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。可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。

3、Zigbee 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

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。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠹癦igbee 技術(shù)的特點(diǎn)：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>

4、Zigbee 的發(fā)展前景

Zigbee 技術(shù)和RFID 技術(shù)在2004 年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個(gè)。關(guān)于這方面的報(bào)道，你只需在百度，或GOOGLE 搜索欄中鍵入“Zigbee”，你就會(huì)看到大量的有關(guān)報(bào)道。總之，今后若干年，都將是Zigbee 技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。

5、Zigbee 技術(shù)為什麼要使用網(wǎng)狀網(wǎng)通信方式？

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?，道路維修等，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。

6、什么是自動(dòng)組網(wǎng)？

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就可以很好地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，假如一隊(duì)傘兵從天而降，他們每人持有一個(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)先并不知道誰(shuí)與誰(shuí)為鄰。同時(shí)，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。

7、為什么網(wǎng)絡(luò)要采用動(dòng)態(tài)路由的方式？

首先，我們必須明白，什么是動(dòng)態(tài)路由？動(dòng)態(tài)路由，就是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑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，并決定它們的遠(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)包送達(dá)目的地為止。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往預(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。

8、Zigbee采用直序擴(kuò)頻的通信方式有什麼好處？

同樣的頻段， 不同的通信方式則有很大的差別， 例如ASK，F(xiàn)SK，F(xiàn)HSS，DSSS 等，從抗干擾能力，通信安全保密性，可靠性都不相同。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，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)兩者在可靠性上有著明顯的不同。

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)于它的接收靈敏度提高了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。關(guān)于Zigbee 所采用的直序擴(kuò)頻技術(shù)的其它許多優(yōu)點(diǎn)這里不再討論。

9、Zigbee使用的是2.4G 免費(fèi)頻段

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。