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Zigbee簡(jiǎn)介

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的八字舞，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信息，也就是說(shuō)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(diǎn)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(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。

ZigBee概述

ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Router)、傳感器節(jié)點(diǎn)(EndDevice)等三種角色。

Zigbee特性

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)。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。

②低成本。

通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(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免協(xié)議專(zhuān)利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為2美元。

③低速率。

ZigBee工作在20～250kbps的速率，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(mǎn)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10～100m之間，在增加發(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)。

⑤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(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)。

⑦高安全。

ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪(fǎng)問(wèn)控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性。

⑧免執(zhí)照頻段。

使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，915MHz(美國(guó)), 868MHz(歐洲), 2. 4GHz(全球)。

Zigbee應(yīng)用及前景

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，尤其是各種交通工具的增長(zhǎng)更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴(kuò)大道路交通基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(tǒng)(AdvancedPublicTransportationSystems，APTS)也就應(yīng)運(yùn)而生，并且成為國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。在智能公交系統(tǒng)所涉及的各種技術(shù)中，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，更是得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。市場(chǎng)上也出現(xiàn)了大量與ZigBee相關(guān)的各種產(chǎn)品，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明：zigbee雖然廣受推崇，但是在數(shù)據(jù)中，推出zigbee相關(guān)產(chǎn)品的中小型企業(yè)在2012年的發(fā)展并不可觀(guān)。

ZigBee并不是用來(lái)與藍(lán)牙或者其他已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)，它的目標(biāo)定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿(mǎn)足其需求的特定的市場(chǎng)，它有著廣闊的應(yīng)用前景。ZigBee聯(lián)盟預(yù)言在未來(lái)的四到五年，每個(gè)家庭將擁有50 個(gè)ZigBee器件，最后將達(dá)到每個(gè)家庭150個(gè)。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(dòng)控制、窗簾的自動(dòng)控制、煤氣計(jì)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(dòng)化控制。

◆商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等。

◆公共場(chǎng)所：煙霧探測(cè)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(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。