導    語

在智能化發展迅速的時代,我們不斷享受著智能化的生活帶給我們的便利,卻鮮有人了解是什么促成了智能化的發展。本次技術專題就為大家介紹實現智能化路上一塊重要的基石--Zigbee技術。Zigbee技術作為物聯網技術的核心技術之一,隨著物聯網發展的不斷成熟,Zigbee技術也逐漸的浮現在大眾的眼前。在本次專題中,小編為大家總結了全面豐富的技術“干貨”供大家學習。

ZigBee技術綜述

1. ZigBee技術簡介

Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術,它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術,主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標準,在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很低的功耗,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,因此它們的通信效率非常高。最后,這些數據就可以進入計算機用于分析或者被另外一種無線技術如WiMax收集。

2. ZigBee技術的起源與發展

ZigBee技術的起源:
ZigBee的底層技術基于IEEE 802.15.4,IEEE802.15.4規范是一種經濟、高效、低數據速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術,用于個人區域網和對等網絡。它是ZigBee應用層和網絡層協議的基礎。隨著工業自動化對于無線技術的以來不斷增加,而藍牙技術無法滿足這種需求。經過人們長期努力,ZigBee協議在2003年正式問世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網絡的通信協議Home RF Lite。

ZigBee 技術的發展

  • 2001年8月,ZigBee Alliance成立。
  • 2004年,ZigBee V1.0誕生。它是Zigbee規范的第一個版本。由于推出倉促,存在一些錯誤。
  • 2006年,推出ZigBee 2006,比較完善。
  • 2007年底,ZigBee PRO推出。
  • 2009年3月,Zigbee RF4CE推出,具備更強的靈活性和遠程控制能力。
  • 2009年開始,Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan標準作為新一代智能電網Smart Energy(SEP 2.0)的標準,致力于形成全球統一的易于與互聯網集成的網絡,實現端到端的網絡通信。隨著美國及全球智能電網的建設,Zigbee將逐漸被IPv6/6Lowpan標準所取代。

3. ZigBee的技術特點

  • 數據傳輸速率低:最大是250k字節/秒,專注于低傳輸速率應用;
  • 功耗低:其工作功耗遠小于WiFi的工作功耗;
  • 抗干擾性強:在低信噪比的環境下,Zigbee具有很強的抗干擾性能;在相同的環境中,Zigbee抗干擾性能遠遠好于藍牙和WiFi;
  • 成本低:因為Zigbee數據傳輸速率低,協議簡單,所以大大降低了成本。且Zigbee協議免收專利費;
  • 時延短:通常時延都在15毫秒至30毫秒之間;
  • 高安全性:Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,加密算法采用AES-128,同時可以靈活確定其安全屬性;
  • 高可靠性:Zigbee在物理層和通信協議設計上保證了通信的高可靠性,這點對高要求的工業級應用非常重要;
  • 網絡容量大:每個Zigbee網絡最多可支持65535個設備,也就是說,每個Zigbee設備可以與另外65535臺設備相連接;
  • 優良的網絡拓撲能力:ZigBee具有星型、樹型和網格網絡的拓撲結構,并且ZigBee無線網路具有自組織和自愈的能力;
  • 有效范圍靈活、布網容易:Zigbee網絡有效覆蓋范圍從標準的75米,到擴展后的幾百米,甚至幾公里,具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定。另外,通過Zigbee無線路由器極大降低了Zigbee網絡布網及調試的難度和時間,并消除了無線通信死角;
  • 工作頻段靈活:使用的頻段分別為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)及915MHz(美國),均為免執照頻段。

4. ZigBee的缺點

ZigBee技術的不足:Zigbee有以下幾個缺點首先是價格相對昂貴,其次協議占帶寬的開銷量對信道帶寬要求較高,而這反過來會影響通訊距離和環境適應性,在實際應用中只好提高發射功率,這就與zigbee宣稱的許多優點諸如低功耗矛盾。接著,在技術實現方面,zigbee協議開發難度很大,大多數zigbee協議還沒開源,各家廠商通信協議互不兼容,極大的阻礙了設備的統一性。最后就是目前zigbee抗干擾性差,信號衰減快,即使節點間隔得人多了,通信都會有困難。

5. ZigBee與其他無線技術的區別

GPRS/CDMA WIMAX(802.16) WIFI(802.11) BLUETOOTH(802.15.1) ZIGBEE(802.15.3)
應用重點 語音/數據 無線城域/廣域網 WEB/EMAIL/ MEDIA 電纜替代品 監控
系統資源 16MB+   1MB+ 250KB+ 4-32KB+
終端功耗 較高 較高 較高
網絡規模 無限制 較小 點對點 65000點
帶寬 14.4K以上 可達1G 11M以上 720K 250K
傳輸距離 無限制 幾十公里 幾百米-幾公里 <10米 幾百米-幾公里
優勢 覆蓋范圍大質量保障 覆蓋范圍大帶寬投資成本低 速度,靈活 價格低,方便 可靠/低功耗/靈活

ZigBee技術的工作原理

ZigBee是一個由可多到65535個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺,在整個網絡范圍內,每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信,每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象,例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控,還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外,每一個ZigBee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內,和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

基于ZigBee技術的設計

ZigBee技術的應用領域

zigbee技術在數字家庭領域應用

可以應用于家庭的照明、溫度、安全、控制等。ZigBee模塊可安裝在電視、燈泡、遙控器、兒童玩具、游戲機、門禁系統、空調系統和其它家電產品等。

Zigbee技術在工業領域應用

通過ZigBee網絡自動收集各種信息,并將信息回饋到系統進行數據處理與分析,以利工廠整體信息之掌握,例如火警的感測和通知,照明系統之感測,生產機臺之流程控制等,都可由ZigBee網絡提供相關信息,以達到工業與環境控制的目的。

Zigbee技術在智能城市領域應用

其中智能城市沙盤的各節點通過基于Zigbee無線通信技術將采集到的數據發送至無線關無線網關通過GSM網絡或3G網絡將接收到的數據發送至移動終端。將物聯網與現有的聯網整合起來,打造成智能城市展覽演示品,使城市決策者通過對展教裝置的觀摩,更好把握物聯網關鍵技術為現代城市帶來的機遇,使其可以在一個融合各類數據的平臺上獲取息并作出部署,提高決策效率及準確性,以實現城市系統的集成化及智能化管理。

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