Zigbee是一�(gè)由可多到65000�(gè)�(wú)線數(shù)傳模�組成的一�(gè)�(wú)線數(shù)傳網(wǎng)�(luò)平臺(tái),十分類(lèi)似現(xiàn)有的移動(dòng)通信�CDMA�(wǎng)�GSM�(wǎng),每一�(gè)Zigbee�(wǎng)�(luò)�(shù)傳模塊類(lèi)似移�(dòng)�(wǎng)�(luò)的一�(gè)基站,在整�(gè)�(wǎng)�(luò)范圍�(nèi),它們之間可以�(jìn)行相互通信;每�(gè)�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)間的距離可以從標(biāo)�(zhǔn)�75米,到擴(kuò)展后的幾百米,甚至幾公里;另外整�(gè)Zigbee�(wǎng)�(luò)還可以與�(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)�(luò)連接。每�(gè)Zigbee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)(FFD和RFD)可以可支持多�31�(gè)�傳感�和受控設(shè)�,每一�(gè)傳感器和受控�(shè)備終可以�8種不同的接口方式??梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量�
1.基礎(chǔ)知識(shí)�
Q1-1 ZigBee起源什么技�(shù)�
A:在�(lán)牙技�(shù)的使用過(guò)程中,人們發(fā)�(xiàn)�(lán)牙技�(shù)盡管有許多優(yōu)�(diǎn),但仍存在許多缺�。對(duì)工業(yè),家庭自�(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控�(lǐng)域而言,藍(lán)牙技�(shù)顯得太復(fù)�,功耗大,距離近,組�(wǎng)�(guī)模太小等,……而工�(yè)自動(dòng)�,對(duì)�(wú)線數(shù)�(jù)通信的需求越�(lái)越強(qiáng)烈,而且,對(duì)于工�(yè)�(xiàn)�(chǎng),這種�(wú)線數(shù)�(jù)傳輸必需是高可靠�,并能抵抗工�(yè)�(xiàn)�(chǎng)的各種電磁干�。因此,�(jīng)�(guò)人們長(zhǎng)期努�,ZigBee�(xié)議在2003年中正式�(wèn)世了。另�,ZigBee使用了在它之前所研究�(guò)的面向家庭網(wǎng)�(luò)的通信�(xié)議Home RF Lite�
Q1-2:什么是ZigBee�
A� 首先ZigBee是IEEE802.15.4�(xié)議的代名詞。根�(jù)這�(gè)�(xié)議規(guī)定的技�(shù)是一種近距離、低�(fù)雜度、低功�、低�(shù)�(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技�(shù),主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)�,可以嵌入各種設(shè)備中,同�(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�(yuǎn)近信息的,也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)�(luò)�,因此ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為�(lái)形象地描述這種�(wú)線信息傳輸技�(shù)�
Q1-3:ZigBee技�(shù)有哪些特�(diǎn)�
A� ZigBee的特�(diǎn)主要有以下幾�(gè)方面�
?�?)低功耗:在低耗電待機(jī)模式��2節(jié)5�(hào)干電池可支持1�(gè)節(jié)�(diǎn)工作6-24�(gè)�,甚至更�(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)�(shì)。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)�、WiFi可以工作�(shù)小時(shí)�
?�?)低成本:通過(guò)大幅�(jiǎn)化協(xié)議是成本很低(不足藍(lán)牙的1/10�,降低了�(duì)通信控制器的要求,按�(yù)�(cè)分析,以8051�8位微控制器測(cè)�,全功能的主節(jié)�(diǎn)需�32KB代碼,子功能節(jié)�(diǎn)少至4KB代碼,而且ZigBee的協(xié)議專(zhuān)利免�(fèi)�
�3)低速率:ZigBee工作�250kbps的通訊速率,滿足低速率傳輸�(shù)�(jù)的應(yīng)用需求;
?�?)近距離:傳輸范圍一般介�10�100m之間,在增加RF�(fā)射功率后,亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)�(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)�(diǎn)間通信的接�,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)�
?�?)短�(shí)延:ZigBee的響�(yīng)速度較快,一般從睡眠�(zhuǎn)入工作狀�(tài)只需15ms,節(jié)�(diǎn)連接�(jìn)入網(wǎng)�(luò)只需30ms,�(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需�3-10s、WiFi需�3s�
?�?)高容量:ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu),由一�(gè)主節(jié)�(diǎn)管理若干子節(jié)�(diǎn),最多一�(gè)主節(jié)�(diǎn)可管�254�(gè)子節(jié)�(diǎn);同�(shí)主節(jié)�(diǎn)還可由上一層網(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)管理,最多可組成65000�(gè)節(jié)�(diǎn)的大�(wǎng)�
�7)高安全:ZigBee提供了三�(jí)安全模式,包括無(wú)安全�(shè)�、使用接入控制清�(ACL)防止非法獲取�(shù)�(jù)以及采用加密�(biāo)�(zhǔn)(AES128)的對(duì)�(chēng)密碼,以靈活確定其安全屬��
�8)免�(zhí)照頻段:采用直接序列�(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)�(yī)�2.4GHz(全球)頻段�
Q1-4:為什么說(shuō)ZigBee是順�(yīng)工業(yè)自動(dòng)化對(duì)可靠的無(wú)線數(shù)�(jù)傳輸日益增長(zhǎng)的需求而產(chǎn)生的�
A:ZigBee技�(shù)本身,就是因?yàn)樘m牙技�(shù)不能滿足工業(yè)自動(dòng)化中,對(duì)低數(shù)�(jù)�,低成本,低功�,高可靠性的�(wú)線數(shù)�(jù)通信的需求而產(chǎn)生的。因?yàn)?�?duì)于工�(yè)�(xiàn)�(chǎng),這種�(wú)線數(shù)�(jù)傳輸必需是高可靠�,并能抵抗工�(yè)�(xiàn)�(chǎng)的各種電磁干�。ZigBee技�(shù)中,使用�(wǎng)狀�(wǎng)�?fù)浣Y(jié)�(gòu),自�(dòng)路由,動(dòng)�(tài)組網(wǎng),直序擴(kuò)頻的方式。就是為了滿足工�(yè)自動(dòng)化控制現(xiàn)�(chǎng)的這種需��
2.通信技�(shù)�
Q2-1: ZigBee使用那種�(xié)��
A� IEEE802.15.4�(xié)�,這是一種低傳送速率的無(wú)限PAN的協(xié)�。在�(biāo)�(zhǔn)化方面,IEEE802.15.4工作組主要負(fù)�(zé)制定物理層和MAC層的�(xié)�,其余協(xié)議主要參照和采用�(xiàn)有的�(biāo)�(zhǔn),高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作將由ZigBee�(lián)盟負(fù)�(zé)�
Q2-2:為什么ZigBee�(wú)線通信使用2�4G頻段是免�(fèi)頻段�
A:在我國(guó)和世界上大多�(shù)其他�(guó)�,一般使用無(wú)線電�(shè)備都是要付頻率使用費(fèi)�,包括手�(jī)通信,只不過(guò)移動(dòng)�(yùn)�(yíng)商已�(jīng)向國(guó)家支付了這筆�(fèi)�,并通過(guò)�(hào)碼占用費(fèi)等方式向用戶收取了這筆�(fèi)�。在使用其它�(wú)線設(shè)備時(shí),你首先要向�(guó)家相�(guān)部門(mén)申請(qǐng)頻率使用許可,然后根�(jù)你的�(wú)線設(shè)備所使用的頻率,功率大小和數(shù)量收取費(fèi)�。這是一筆不小的�(fèi)�,一般設(shè)備一年往往要交納幾千元的費(fèi)�。而免�(fèi)頻段,是指各�(gè)�(guó)家根�(jù)各自的實(shí)際情�,并考慮盡可能與世界其他�(guó)家規(guī)定的一致性,而劃分出�(lái)的一�(gè)頻段,專(zhuān)門(mén)用于工業(yè),醫(yī)療以及科�(xué)研究使用(ISM頻段�,不需申請(qǐng)而可以免�(fèi)使用的頻段。我們國(guó)家的2.4G頻段,就是這樣一�(gè)頻段。然而,為了保證大家都可以合理使�,國(guó)家對(duì)該頻段內(nèi)的無(wú)線收�(fā)�(shè)備,在不同環(huán)境下的使用功率做了相�(yīng)的限�。例如在城市�(huán)境下,發(fā)射功率不能超�(guò)100mW�
Q2-3:ZigBee僅適合近距離通信��
A:ZigBee局域網(wǎng)�(luò)不僅可以通過(guò)提高每�(gè)節(jié)�(diǎn)模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)�(diǎn)�(shù)量來(lái)�(kuò)展網(wǎng)�(luò),而且還可以通過(guò)傳統(tǒng)的互�(lián)�(wǎng)去監(jiān)控路途遙�(yuǎn)的ZigBee控制�(wǎng)�(luò)。但�,在�(jìn)行擴(kuò)張要注意的是:(1)隨著發(fā)射功率的增加,耗電量自然要增大,只要求耗電也大,便�(huì)失去ZigBee本身電能消耗很低的�(yōu)�(shì);(2)盡�2.4Ghz是免�(fèi)頻段,但是不能超�(guò)電波法中�(duì)于功率的限制�
Q2-4:ZigBee采用直序�(kuò)頻的通信方式有什么好處?
A:同樣的頻段,采用不同的通信方式則結(jié)果也許會(huì)有很大的差別,例如ASK,FSK,FHSS,DSSS等的抗干擾能�,通信安全保密�,可靠性都各不相同。ZigBee系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)一樣,都采用的是直序擴(kuò)頻技�(shù)(DSSS),它是一種抗干擾能力極強(qiáng),保密性和可靠性都很高的通信方式。如果你使用�(guò)這兩種技�(shù)的通信�(chǎn)�,你�(huì)�(fā)�(xiàn)兩者在可靠性上不同凡響�
由于�(kuò)頻技�(shù)在正常通信�(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�(jù)�(jì)算和�(shí)�(yàn),這相�(dāng)于接收靈敏度提高�7dBm。它也不容易干擾別人。換句話�(shuō),它可以使用較低的功率傳輸更�(yuǎn)的距�。下面引用擴(kuò)頻技�(shù)�(yōu)越性有�(guān)的一些資料供參考:
CDMA是繼世界上推出數(shù)字通信技�(shù)之后�1995年又推出的一種新型數(shù)字蜂窩技�(shù),它利用�(shù)字傳輸方法,采用�(kuò)頻通信技�(shù),大幅度地提高了頻率利用率,具有容量�、覆蓋范圍廣、手�(jī)功耗小、話音質(zhì)量高的突出優(yōu)�(diǎn),將移動(dòng)通信技�(shù)推向�(fā)展新階段。CDMA(碼分多址連接)蜂窩系�(tǒng)與FDMA(頻分多址連接)和TDMA(時(shí)分多址連接)系�(tǒng)相比,CDMA系統(tǒng)具有以下突出�(yōu)�(diǎn)�
�1)抗干擾性能好由于CDMA �(jīng)�(guò)�(kuò)頻處�,故抗干擾性能�,可和同頻帶的窄帶共存,而不影響其正常工��
?�?)抗多徑衰落能力�(qiáng)多徑衰落是影響移�(dòng)通信�(zhì)量的一�(gè)突出�(wèn)題,通常必須采取空間分集、自適應(yīng)均衡等技�(shù)加以克服,還有較大衰落余�。CDMA系統(tǒng)可以利用多徑信號(hào)提供路徑分集,這樣不但緩和瑞利衰落,而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落,從而大大提高通信�(zhì)��
?�?)系�(tǒng)容量增大�(duì)于FDMA與TDMA,若小區(qū)的頻�(diǎn)或時(shí)隙一分配完,則小區(qū)就不能接收新的呼�,容量有硬性限制。而CDMA是干擾受限系�(tǒng),在指定的干擾電平下,即使用戶數(shù)已達(dá)到限定數(shù)目時(shí),也還允許增加�(gè)別用�,其缺點(diǎn)是造成話音�(zhì)量下�。業(yè)�(wù)提供者可在容量與話音�(zhì)量之間�(jìn)行平�。CDMA精確的功率控制和軟切換技�(shù)大大降低了干擾信�(hào)的強(qiáng)度和所需的信噪比要求,而且有效地采用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接�、功率控制。據(jù)介紹,CDMA信噪比是DAMPS、TDMA�3.7�,是TACS�11.2�,是AMPS�13.6倍,是FM/FDMA方式�20��
?�?)通信�(zhì)量好CDMA系統(tǒng)采用直接序列�(kuò)頻技�(shù),綜合應(yīng)用時(shí)間分�、頻率分�、空間分�、路徑分集等多種分集技�(shù)克服多徑效應(yīng),可以獲得很�(qiáng)的抗干擾能力,加上它在越區(qū)切換�(shí)采用先建立后中斷的軟切換技�(shù),保證了CDMA的通信�(zhì)�,特別在越區(qū)切換�(shí)�(wú)乒乓效應(yīng)。本系統(tǒng)屬寬帶低噪比,波形允許采用高冗余度糾�(cuò)編碼和高效數(shù)字調(diào)制技�(shù)�(lái)確保高質(zhì)量話音和�(shù)�(jù)傳輸�
?�?)頻率利用率高CDMA系統(tǒng)的同一頻率,可以在所有小區(qū)�(nèi)重復(fù)使用,其頻率�(fù)用率�2/3(FDMA和TDMA的頻率復(fù)用率�1/7),不需要FDMA和TDMA那樣�(jìn)行頻率配�,大大簡(jiǎn)化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入�
�6)多址能力�(qiáng)CDMA系統(tǒng)多址能力決定�(kuò)頻編碼間的多址干擾大小,它與使用的�(kuò)頻編碼方案有�(guān),與同時(shí)�(fā)送信�(hào)的用戶間的多址干擾(即�(kuò)頻編碼的相關(guān)特性)有關(guān),與允許的接收質(zhì)量有�(guān)(輸出信噪比�,因此同�(shí)工作用戶間的多址干擾越低,能允許的接收質(zhì)量越�,CDMA技�(shù)的多址能力就越�(qiáng)�
�7)高度可靠的保密安全性CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是一�(gè)保密通信系統(tǒng),若再加一定的加密算法技�(shù),能大大提高通信保密性能,這是FDMA、TDMA系統(tǒng)所�(wú)法比擬的。分析其采用的擴(kuò)頻系�(tǒng),要想截獲別人的通信�(nèi)容幾乎是不可能的,如只要�(jī)�(nèi)鋰電池不放完�,它�512KHz的時(shí)鐘頻率加以改變其序列的即�(shí)狀�(tài),即使是連續(xù)工作,它的擴(kuò)頻地址序列周期也長(zhǎng)�(dá)7�。它還可以方便地在CDMA系統(tǒng)�(shè)置和改變主密鑰、副密鑰、擴(kuò)頻碼�、標(biāo)�(zhǔn)加密算法等,使通信的保密性更為可靠�
?�?)手�(jī)功耗小CDMA采用功率控制后,僅在衰落期間�(diào)高發(fā)射功率電�,從而使平均�(fā)射功率減�,F(xiàn)DMA的最小功率為5mW、平均發(fā)射功率為794 mW、峰值功率為3W,而CDMA的最小功率為2.3mW、平均發(fā)射功率為5 mW� 峰值功率為100mW。由此可�(jiàn)CDMA的平均發(fā)射功率和�(fā)射功率比FDMA�,從而使系統(tǒng)容量增加,減少了小區(qū)�(shù)和降低設(shè)備成本�
Q2-5:ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電�(tái)的比較有哪些特點(diǎn)�
A:其�(yōu)�(diǎn)如下�
�1� 可靠性高:由于ZigBee模塊的集成度�(yuǎn)比一般數(shù)傳電�(tái)�,分離元器件少,因而可靠性更��
�2� 使用方便安全:因?yàn)榧啥雀?,比起一�?shù)傳電�(tái)�(lái),ZigBee收法模塊體積可以做得很小,而且功耗低,發(fā)射電流比一�(gè)CDMA手機(jī)還要小許多,因而很容易集成或直接安放在到設(shè)備之�,不僅使用方便,而且在戶外攜帶使用時(shí)不容易受到損��
�3� 抗干擾力�(qiáng),保密性好,誤碼率低:ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G 直序�(kuò)頻技�(shù),比起一般FSK,ASK和跳頻的�(shù)傳電�(tái)�(lái),具有更好的抗干擾能力,和更�(yuǎn)的傳輸距��
?�?� 免費(fèi)頻段:ZigBee使用的是免費(fèi)頻段,而許多數(shù)傳電�(tái)所使用的頻段不僅需要申�(qǐng),而且每年都需要向�(guó)家無(wú)委會(huì)交納相當(dāng)?shù)念l率使用費(fèi)�
?�?� �(jià)格低� ZigBee�(shù)傳模塊的�(jià)格只有具有類(lèi)似功能的�(shù)傳電�(tái)的幾分之一�
3. �(wǎng)�(luò)技�(shù)�
Q3-1:ZigBee是具有怎樣的無(wú)線數(shù)�(jù)傳輸�(wǎng)�(luò)�
A:簡(jiǎn)單的�(shuō),ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)�(luò),類(lèi)似于CDMA和GSM�(wǎng)�(luò),ZigBee�(shù)傳模塊類(lèi)似于移動(dòng)�(wǎng)�(luò)基站。通訊距離從標(biāo)�(zhǔn)�75米到幾百�、幾公里,并且支持無(wú)線擴(kuò)��
ZigBee是一�(gè)由可多到65000�(gè)�(wú)線數(shù)傳模塊組成的一�(gè)�(wú)線數(shù)傳網(wǎng)�(luò)平臺(tái),十分類(lèi)似現(xiàn)有的移動(dòng)通信CDMA�(wǎng)或GSM�(wǎng),每一�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)�(shù)傳模塊類(lèi)似移�(dòng)�(wǎng)�(luò)的一�(gè)基站,在整�(gè)�(wǎng)�(luò)范圍�(nèi),它們之間可以�(jìn)行相互通信;每�(gè)�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)間的距離可以從標(biāo)�(zhǔn)�75�,到�(kuò)展后的幾百米,甚至幾公里�
與移�(dòng)通信的CDMA�(wǎng)或GSM�(wǎng)不同的是,ZigBee�(wǎng)�(luò)主要是為工業(yè)�(xiàn)�(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)�(jù)傳輸而建�,因�,它必須具有�(jiǎn)�,使用方�,工作可�,價(jià)格低的特�(diǎn)。而移�(dòng)通信�(wǎng)主要是為�(yǔ)音通信而建�,每�(gè)基站�(jià)值一般都在百�(wàn)元人民幣以上,而每�(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每�(gè)ZigBee
�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)不僅本身可以作為�(jiān)控對(duì)�,例如其所連接的傳感器直接�(jìn)行數(shù)�(jù)采集和監(jiān)�,還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)傳過(guò)�(lái)的數(shù)�(jù)資料。除此之�,每一�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi),和多�(gè)不承�(dān)�(wǎng)�(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)�(diǎn)(RFD)無(wú)線連接�
每�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)(FFD和RFD)可以支持多�(dá)31�(gè)的傳感器和受控設(shè)�,每一�(gè)傳感器和受控�(shè)備終可以�8種不同的接口方式??梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量�
Q3-2:ZigBee所采用的自組織�(wǎng)是怎么回事�
A:舉一�(gè)�(jiǎn)單的例子就可以說(shuō)明這�(gè)�(wèn)�,當(dāng)一�(duì)傘兵空降�,每人持有一�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)模塊終端,降落到地面�,只要他們彼此間在網(wǎng)�(luò)模塊的通信范圍�(nèi),通過(guò)彼此自動(dòng)尋找,很快就可以形成一�(gè)互聯(lián)互通的ZigBee�(wǎng)�(luò)。他們預(yù)先無(wú)法判斷誰(shuí)�,而且,由于人員的移動(dòng),彼此間的聯(lián)�(luò)還會(huì)�(fā)生變�。因而,模塊還可以通過(guò)重新尋找通信�(duì)�,確定彼此間的聯(lián)�(luò),對(duì)原有�(wǎng)�(luò)�(jìn)行刷�。這就是自組織�(wǎng)�
Q3-3:ZigBee技�(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)�(lái)通信�
A:網(wǎng)狀�(wǎng)通信�(shí)際上就是多通道通信,在�(shí)際工�(yè)�(xiàn)�(chǎng),由于各種原因,往往并不能保證每一�(gè)�(wú)線通道都能夠始終暢�,就像城市的街道一�,可能因?yàn)�?chē)禍,道路維修�,使得某條道路的交通出�(xiàn)暫時(shí)中斷,此�(shí)由于我們有多�(gè)通道,車(chē)輛(相當(dāng)于我們的控制�(shù)�(jù))仍然可以通過(guò)其他道路到達(dá)目的�。而這一�(diǎn)�(duì)工業(yè)�(xiàn)�(chǎng)控制而言則非常重��
Q3-4:為什么自組織�(wǎng)要采用動(dòng)�(tài)路由的方式?
A:所謂動(dòng)�(tài)路由是指�(wǎng)�(luò)中數(shù)�(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的,而是傳輸�(shù)�(jù)�,通過(guò)�(duì)�(wǎng)�(luò)�(dāng)�(shí)可利用的所有路徑�(jìn)行搜�,分析它們的位置�(guān)系以及遠(yuǎn)�,然后選擇其中的一條路徑�(jìn)行數(shù)�(jù)傳輸。在我們的�(wǎng)�(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�(jìn)行傳輸,如傳不�,再使用另外一條稍�(yuǎn)一�(diǎn)的通路�(jìn)行傳輸,以此�(lèi)�,直到數(shù)�(jù)送達(dá)目的地為歀在�(shí)際工�(yè)�(xiàn)�(chǎng),預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變�,或者因各種原因路徑被中斷了,或者過(guò)于繁忙不能�(jìn)行及�(shí)傳�。動(dòng)�(tài)路由�(jié)合網(wǎng)狀�(wǎng)�?fù)浣Y(jié)�(gòu),就可以很好解決這�(gè)�(wèn)�,從而保證數(shù)�(jù)的可靠傳��
Q3-5:ZigBee 和現(xiàn)有的通信移動(dòng)�(wǎng)(GPRS,CDMA-1X)比較有哪些特點(diǎn)�
A� 其特�(diǎn)為:
?�?� �(wú)�(wǎng)�(luò)使用�(fèi):使用移�(dòng)�(wǎng)需要長(zhǎng)期支付網(wǎng)�(luò)使用�(fèi),而且是按節(jié)�(diǎn)終端的數(shù)量計(jì)算的,而ZigBee�(méi)有這筆�(fèi)��
?�?� �(shè)備投入低:使用移�(dòng)�(wǎng)需要購(gòu)�(mǎi)移動(dòng)終端�(shè)�,每�(gè)終端的價(jià)格在人民�1000元上�,而使用ZigBee�(wǎng)�(luò),不僅ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)模塊(相�(dāng)于基站)�(fèi)用每只人民幣不到1000�,而且,主要使用的�(wǎng)�(luò)子節(jié)�(diǎn)(相�(dāng)于手�(jī))的�(jià)格還要低得多�
?�?� 通信更可靠:由于�(xiàn)有移�(dòng)�(wǎng)主要是為手機(jī)通信而設(shè)�(jì)�,盡管CDMA-1X和GPRS可以�(jìn)行數(shù)�(jù)通信,但�(shí)踐發(fā)�(xiàn),不僅通信速率比設(shè)�(jì)速率低很�,而且�(shù)�(jù)通信的可靠信、連續(xù)性在許多情況下也得不到保證。而ZigBee�(wǎng)�(luò)則是�(zhuān)門(mén)為控制數(shù)�(jù)的傳輸而設(shè)�(jì)�,因而控制數(shù)�(jù)的傳輸具有相�(dāng)?shù)谋WC�
�4� 高度的靈活性和低成本:首先,通過(guò)使用覆蓋距離不同,功能不同的ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn),以及其它非ZigBee系統(tǒng)的低成本的無(wú)線收�(fā)模塊,建立起一�(gè)ZigBee局部自�(dòng)化控制網(wǎng),再通過(guò)互聯(lián)�(wǎng)或移�(dòng)�(wǎng)與遠(yuǎn)端的�(jì)算機(jī)相連,從而實(shí)�(xiàn)低成�,高效率的工�(yè)自動(dòng)化遙�(cè)遙控�
?�?� 比起�(xiàn)有的移動(dòng)通信�(wǎng)�(lái),盡管ZigBee僅僅只是一�(gè)局域網(wǎng),但通過(guò)供足夠的�(shù)�(jù)出口,它可以“無(wú)限”擴(kuò)大它的覆蓋范圍,而且可以與現(xiàn)有的移動(dòng)�(wǎng),互�(lián)�(wǎng)和其它通信�(wǎng)�(luò)相連接。并通過(guò)這些�(wǎng)�(luò)將許多�(gè)ZigBee局域網(wǎng)相互連成為一�(gè)整體。有效的解決移動(dòng)�(wǎng)的盲區(qū)覆蓋�(wèn)題:我們知�,現(xiàn)有移�(dòng)�(wǎng)�(luò)在許多地方存在盲區(qū),特別是鐵路,公�,油�,礦山等野外,更是如�。而增加一�(gè)移動(dòng)基站或直放站的費(fèi)用是相當(dāng)可觀的,此時(shí)使用ZigBee�(wǎng)�(luò)�(jìn)行盲區(qū)覆蓋不僅�(jīng)�(jì)有效,而且往往是現(xiàn)在可行手��
Q3-6:ZigBee怎樣�(shí)�(xiàn)�(yuǎn)距離遙測(cè)遙控�
A:ZigBee �(wǎng)�(luò)還可以通過(guò)接口卡等多種方式,與互聯(lián)�(wǎng),GPRS�(wǎng),CDMA1x�(wǎng)以及其它通信系統(tǒng)線連接,從而實(shí)�(xiàn)�(yuǎn)程操控。你也可以通過(guò)其它�(wǎng)�(luò),將兩�(gè)或多�(gè)局部ZigBee �(wǎng)�(luò)連接在一��
4 .市場(chǎng)�(yīng)用篇
Q4-1:ZigBee技�(shù)有哪些應(yīng)用領(lǐng)��
A:ZigBee技�(shù)的目�(biāo)就是針對(duì),工�(yè),家庭自�(dòng)�,遙�(cè)遙控,例如燈光自�(dòng)化控�,傳感器的無(wú)線數(shù)�(jù)采集和監(jiān)�,油�,電�,礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)��
Q4-2:ZigBee�(shí)�(xiàn)了哪些工�(yè)�(xiàn)�(chǎng)�(duì)�(wú)線數(shù)�(jù)傳輸?shù)囊螅?/FONT>
A:要求低功�,低�(shù)�(jù)量(250KPS�,低成�,使用免�(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�(64位出廠編�(hào)和支持AES-128加密),高集成度和高的可靠性;節(jié)�(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)�(dòng)�(tài)組網(wǎng)的功�,采用了包括�(wǎng)狀�(wǎng)在內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)�(gòu),使用了碰撞避免�(jī)制,信息在整�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式�(jìn)行傳�,從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/FONT>
Q4-3:ZigBee可以在哪些方面拓展應(yīng)用?
A:ZigBee�(yīng)用:其范圍非常廣�,可以針�(duì)工業(yè)自動(dòng)�、家庭自�(dòng)�、遙�(cè)遙控、汽�(chē)自動(dòng)化、農(nóng)�(yè)自動(dòng)化和�(yī)療護(hù)�、油�、電�、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)�。實(shí)際應(yīng)用舉例如下:照明控制、環(huán)境控�、自�(dòng)讀表系�(tǒng)、各�(lèi)窗簾控制、煙霧傳感器、醫(yī)療監(jiān)控系�(tǒng)、大型空�(diào)系統(tǒng)、內(nèi)置家居控制的�(jī)頂盒及遙控器、暖氣控�、家庭安�、工�(yè)和樓宇自�(dòng)�。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的�(chē)輛�(jìn)行定��
Q4-4:凡符合什么條件的短距離通信就可以考慮采用ZigBee技�(shù)�
A:通常,符合如下條件之一的短距離通信就可以考慮�(yīng)用ZigBee�
?�?)需要數(shù)�(jù)采集或監(jiān)控的�(wǎng)�(diǎn)多;
?�?)要求傳�?shù)�?shù)�(jù)量不大,而要求設(shè)備成本低�
�3)要求數(shù)�(jù)傳輸可靠性高,安全性高�
�4)要求設(shè)備體積很�,不便放置較大的充電電池或者電源模��
?�?)可以用電池供電�
?�?)地形復(fù)雜,�(jiān)�(cè)�(diǎn)�,需要較大的�(wǎng)�(luò)覆蓋�
?�?)對(duì)于那些現(xiàn)有的移動(dòng)�(wǎng)�(luò)的盲區(qū)�(jìn)行覆��
?�?)已�(jīng)使用了現(xiàn)存移�(dòng)�(wǎng)�(luò)�(jìn)行低�(shù)�(jù)量傳�?shù)倪b�(cè)遙控系統(tǒng)�
Q4-5:ZigBee技�(shù)在我�(guó)的應(yīng)用情況怎樣�
A� 盡管?chē)?guó)�(nèi)不少人已�(jīng)�(kāi)始關(guān)注ZigBee這項(xiàng)新技�(shù),而且也有不少企業(yè)�(kāi)始涉足ZigBee技�(shù)的開(kāi)�(fā),然�,考慮到ZigBee本身是一種新的系�(tǒng)集成技�(shù),應(yīng)用軟件的�(kāi)�(fā)必須用網(wǎng)�(luò)傳輸,射頻技�(shù)和底層軟硬件控制技�(shù)�(jié)合在一起,所以對(duì)于初期開(kāi)�(fā)的企�(yè)�(lái)�(shuō)具有一定的技�(shù)難度。由于各方面的制約,ZigBee技�(shù)的大�(guī)模商�(yè)�(yīng)用還有待�(shí)�。但是目前已�(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)�,相信隨著相�(guān)技�(shù)的發(fā)展和推�(jìn),一定會(huì)得到更大的應(yīng)�。但�,我們還�(yīng)該清楚的�(rèn)�(shí)�,基于ZigBee技�(shù)的無(wú)線網(wǎng)�(luò)才剛剛開(kāi)始發(fā)�,它的技�(shù)、應(yīng)用都還遠(yuǎn)�(yuǎn)談不上成�,國(guó)�(nèi)企業(yè)�(yīng)該抓住商�(jī),加大投入力�,推�(dòng)整�(gè)行業(yè)的發(fā)��
5. ZigBee�(lián)�
Q5-1 ZigBee�(lián)盟的使命是什��
A:ZigBee�(lián)盟是一�(gè)高速成�(zhǎng)的非盈利�(yè)界組織,成員包括�(guó)際著名半�(dǎo)體生�(chǎn)�、技�(shù)提供�、技�(shù)集成商以及最終使用�。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的�(wǎng)�(luò)�(yīng)用規(guī)��
Q5-2 ZigBee�(lián)盟的目標(biāo)是什��
A:ZigBee�(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入�(wú)線網(wǎng)�(luò)功能,為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)�。ZigBee技�(shù)能融入各�(lèi)電子�(chǎn)品,�(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商�、公共事�(yè)以及工業(yè)等市�(chǎng)。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用ZigBee這�(gè)�(biāo)�(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)�(luò)平臺(tái),設(shè)�(jì)出簡(jiǎn)單、可�、便宜又節(jié)省電力的各種�(chǎn)品來(lái)�
Q5-3 ZigBee�(lián)盟所鎖定的焦�(diǎn)是什��
A:其焦點(diǎn)為制定網(wǎng)�(luò)、安全和�(yīng)用軟件層;提供不同產(chǎn)品的�(xié)�(diào)性及互通性測(cè)試規(guī)�;在世界各地推廣ZigBee品牌并爭(zhēng)取市�(chǎng)的關(guān)�;管理技�(shù)的發(fā)展�
Q5-3 ZigBee�(lián)盟在�(biāo)�(zhǔn)上所做的工作是什��
A:ZigBee�(biāo)�(zhǔn)的制定:IEEE802.15.4的物理層、MAC層及�(shù)�(jù)鏈路層,�(biāo)�(zhǔn)已在2003�5月發(fā)�。ZigBee�(wǎng)�(luò)�、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的�(jìn)�。V1.0版本已經(jīng)�(fā)�。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相�(guān)的設(shè)備描述也�(huì)陸續(xù)�(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞,而且IEEE僅處理低�(jí)MAC層和物理層協(xié)議,因此ZigBee�(lián)盟對(duì)其網(wǎng)�(luò)層協(xié)議和API�(jìn)行了�(biāo)�(zhǔn)�。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一�(gè)�(shè)備的基本節(jié)�(diǎn)�4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)�(diào)器的32K字節(jié)。每�(gè)�(xié)�(diào)器可連接多達(dá)255�(gè)節(jié)�(diǎn),而幾�(gè)�(xié)�(diào)器則可形成一�(gè)�(wǎng)�(luò),對(duì)路由傳輸?shù)�?shù)目則�(méi)有限�。ZigBee�(lián)盟還�(kāi)�(fā)了安全層,以保證這種便攜�(shè)備不�(huì)意外泄漏其標(biāo)�(shí),而且這種利用�(wǎng)�(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)�(diǎn)獲得�
ZigBee�(lián)盟強(qiáng)�(diào)�(shè)備的互通性:很多近距離電子產(chǎn)品嵌入了ZigBee模塊都已具有ZigBee功能,還有許多各種產(chǎn)品預(yù)留了ZigBee的接口以備日后隨�(shí)升級(jí)。各�(lèi)�(wǎng)�(guān)�(chǎn)品的�(kāi)�(fā)也得到�(jìn)一步開(kāi)�(fā),網(wǎng)�(guān)�(chǎn)品支持ZigBee系統(tǒng)與家居控制網(wǎng)�(luò)、智能建筑網(wǎng)�(luò)及商用網(wǎng)�(luò)等現(xiàn)有的�(shè)施互�(lián)��
1.ZigBee技�(shù)概述
ZigBee技�(shù)是一種具有統(tǒng)一技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)的短距離�(wú)線通信技�(shù),其物理層和�(shù)�(jù)鏈路層協(xié)議為IEEE 802.15.4�(xié)議標(biāo)�(zhǔn),網(wǎng)�(luò)層和安全層由ZigBee�(lián)盟制�,應(yīng)用層的開(kāi)�(fā)�(yīng)用根�(jù)用戶的應(yīng)用需�,對(duì)其�(jìn)行開(kāi)�(fā)利用,因此該技�(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁C(jī)�(dòng)、靈活的組網(wǎng)方式�
根據(jù)IEEE 802.15.4�(xié)議標(biāo)�(zhǔn),ZigBee的工作頻段分�3�(gè)頻段,�3�(gè)工作頻段相距較大,而且在各頻段上的信道�(shù)�(jù)不同,因�,在該項(xiàng)技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)�,各頻段上的�(diào)制方式和傳輸速率不同。它們分別為868MHz�915MHz�2.4GHz,其�2.4GHz頻段上分�16�(gè)信道,該頻段為全球通用的工�(yè)、科�(xué)、醫(yī)�(xué)(indus-trial,scientific and medical,ISM)頻段,該頻段為免付�(fèi)、免申請(qǐng)的無(wú)線電頻段,在該頻段上,數(shù)�(jù)傳輸速率�250Kb/s;另外兩�(gè)頻段�915�868MHz,其相應(yīng)的信道�(gè)�(shù)分別�10�(gè)�1�(gè),傳輸速率分別�40Kb/s和ZOKb/s�868MHz�915MHz�(wú)線電使用直接序列�(kuò)頻技�(shù)和二�(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制技�(shù)�2.4GHz�(wú)線電使用DSSS和偏移正交相移鍵控(O-QPSK��
在組�(wǎng)性能�,ZigBee可以�(gòu)造為星形�(wǎng)�(luò)或者點(diǎn)�(duì)�(diǎn)�(duì)等網(wǎng)�(luò),在每一�(gè)ZigBee組成的無(wú)線網(wǎng)�(luò)�,連接地址碼分�16b短地址或�64b�(zhǎng)地址,可容納的設(shè)各�(gè)�(shù)分別�216�264�(gè),具有較大的�(wǎng)�(luò)容量�
在無(wú)線通信技�(shù)�,采用CSMA-CA方式,有效地避免了無(wú)線電載波之間的沖�,此�,為保證傳輸�(shù)�(jù)的可靠性,建立了完整的�(yīng)答通信�(xié)��
ZigBee�(shè)備為低功耗設(shè)各,其發(fā)射輸出為0�3.6dBm,通信距離�30�70m,具有能量檢�(cè)和鏈路質(zhì)量指示能�,根�(jù)這些檢測(cè)�(jié)�,設(shè)各可以自�(dòng)�(diào)整設(shè)各的�(fā)射功率,在保證通信鏈路�(zhì)量的條件�,最小地消耗設(shè)各能��
為保證ZigBee�(shè)備之間通信�(shù)�(jù)的安全保密性,ZigBee技�(shù)采用了密鑰長(zhǎng)度為128位的加密算法,對(duì)所傳輸?shù)�?shù)�(jù)信息�(jìn)行加密處��
2� ZigBee技�(shù)特J�(diǎn)
ZigBee技�(shù)則致力于提供一種廉�(jià)的固�、便攜或者移�(dòng)�(shè)各使用的極低�(fù)雜度、成本和功耗的低速率�(wú)線通信技�(shù)。這種�(wú)線通信技�(shù)具有如下特點(diǎn)�
?�?)數(shù)�(jù)傳輸速率�
只有10�250Kb/s,專(zhuān)注于低傳輸速率�(yīng)�。無(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò)不傳輸語(yǔ)�、視頻之�(lèi)的大�(shù)�(jù)量的采集�(shù)�(jù),僅僅傳輸一些采集到的溫�、濕度之�(lèi)的簡(jiǎn)單數(shù)�(jù)�
?�?)功耗低
工作模式情況下,ZigBee技�(shù)傳輸速率�,傳輸數(shù)�(jù)量很小,因此信號(hào)的收�(fā)�(shí)間很�,其次在非工作模式時(shí),ZigBee節(jié)�(diǎn)處于休眠模式,耗電�?jī)H僅只�1μW。設(shè)各搜索時(shí)延一般為30ms,休眠激活時(shí)延為15ms,活�(dòng)�(shè)備信道接人時(shí)延為15ms。由于工作時(shí)間較短、收�(fā)信息功耗較低且采用了休眠模�,使得ZigBee�(shè)各非常省電,ZigBee節(jié)�(diǎn)的電池工作時(shí)間可以長(zhǎng)�(dá)6�(gè)月到2年左�。同�(shí),由于電池時(shí)間取決于很多因素,例如電池種�(lèi)、容量和�(yīng)用場(chǎng)�,ZigBee技�(shù)在協(xié)議上�(duì)電池使用也作了優(yōu)�。對(duì)于典型應(yīng)用,堿性電池可以使用數(shù)�,對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間(工作�(shí)間+休眠�(shí)間)之比小于t%的情況,電池的壽命甚至可以超過(guò)1年�
?�?)數(shù)�(jù)傳輸可靠
ZigBee的介�(zhì)鏈路層(以MAC層)采用CSMA-CA碰撞避免�(jī)�。在這種完全確認(rèn)的數(shù)�(jù)傳輸�(jī)制下,當(dāng)有數(shù)�(jù)傳送需求時(shí)則立刻傳送,�(fā)送的每�(gè)�(shù)�(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息,并�(jìn)行確�(rèn)信息回復(fù),若�(méi)有得到確�(rèn)信息的回�(fù)就表示發(fā)生了碰撞,將再傳一�,采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽�?。同�(shí)為需要固定帶寬的通信�(yè)�(wù)�(yù)留了�(zhuān)用時(shí)�,避免了�(fā)送數(shù)�(jù)�(shí)的竟?fàn)幒蜎_�。同�(shí)ZigBee針對(duì)�(shí)延敏感的�(yīng)用做了優(yōu)化,通信�(shí)延和休眠狀�(tài)激活的�(shí)延都非常��
�4)網(wǎng)�(luò)容量�
ZigBee的低速率、低功耗和短距離傳�?shù)奶攸c(diǎn)使它非常適宜支持�(jiǎn)單器�。ZigBee定義了兩種器件:全功能器件(FFD)和�(jiǎn)化功能器件(RFD)。網(wǎng)�(luò)�(xié)�(diào)器(coordinator)是一種全功能器件,而網(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)通常為簡(jiǎn)化功能器�。如果通過(guò)�(wǎng)�(luò)�(xié)�(diào)器組建無(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò),整�(gè)�(wǎng)�(luò)最多可以支持超�(guò)65 000�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn),再加上各�(gè)�(wǎng)�(luò)�(xié)�(diào)器可互相連接,整�(gè)ZigBee�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)的數(shù)目將十分可觀�
?�?)自�(dòng)�(dòng)�(tài)組網(wǎng)、自主路�
�(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò)是動(dòng)�(tài)變化�,無(wú)論是節(jié)�(diǎn)的能量耗盡,或者節(jié)�(diǎn)被敵人俘�,都能使節(jié)�(diǎn)退出網(wǎng)�(luò),而且�(wǎng)�(luò)的使用者也希望能在需要的�(shí)候向已有的網(wǎng)�(luò)中加人新的傳感器節(jié)�(diǎn)�
?�?)兼容�
ZigBee技�(shù)與現(xiàn)有的控制�(wǎng)�(luò)�(biāo)�(zhǔn)�(wú)縫集成。通過(guò)�(wǎng)�(luò)�(xié)�(diào)器自�(dòng)建立�(wǎng)�(luò),采用CSMA-CA方式�(jìn)行信道接�。為了可靠傳�,還提供全握手協(xié)��
?�?)安全�
ZigBee提供了數(shù)�(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,在�(shù)�(jù)傳輸中提供了三級(jí)安全�。級(jí)�(shí)際是�(wú)安全方式,對(duì)于某種應(yīng)�,如果安全并不重要或者上層已�(jīng)提供足夠的安全保�(hù),器件就可以選擇這種方式�(lái)�(zhuǎn)移數(shù)�(jù)。對(duì)于第二級(jí)安全�(jí)�,器件可以使用接人控制清單(ACL)來(lái)防止非法器仵獲取�(shù)�(jù)�
在這一�(jí)不采取加密措�。第三級(jí)安全�(jí)別在�(shù)�(jù)�(zhuǎn)移中采用屬于加密�(biāo)�(zhǔn)(AES)的�(duì)�(chēng)密碼。AES可以用來(lái)保護(hù)�(shù)�(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器��
?�?)實(shí)�(xiàn)成本�
模塊的初始成本估�(jì)�6美元左右,很快就能降�1.5�2.5美元,且ZigBee�(xié)議免�(zhuān)利費(fèi)�。無(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò)中可以具有成千上�(wàn)的節(jié)�(diǎn),如果不�?chē)?yán)格地控制節(jié)�(diǎn)的成�,那么網(wǎng)�(luò)的規(guī)模必將受到嚴(yán)重的制約,從而將�(yán)重地制約�(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò)的強(qiáng)大功能�
3.ZigBee�(xié)議棧�(jié)�(gòu)
ZigBee技�(shù)的協(xié)議棧�(jié)�(gòu)很簡(jiǎn)�,不像諸如藍(lán)牙和其他�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu),這些�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)通常分為7層,而ZigBee技�(shù)僅分�4�,如圖所示�
� ZigBee�(xié)議棧
在ZigBee技�(shù)�,PHY層和MAC層采用IEEE 802.15.4�(xié)議標(biāo)�(zhǔn),其�,PHY層提供了兩種�(lèi)型的服務(wù):即通過(guò)物理層管理實(shí)體接口對(duì)PHY層數(shù)�(jù)和PHY層管理提供服�(wù)。PHY層數(shù)�(jù)服務(wù)可以通過(guò)�(wú)線物理信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)�(jù)單元�(lái)�(shí)�(xiàn)�
PHY層的特征是啟�(dòng)和關(guān)閉無(wú)線收�(fā)�,能量監(jiān)�(cè),鏈路質(zhì)�,信道選�,清除信道評(píng)�,以及通過(guò)物理介質(zhì)�(duì)�(shù)�(jù)包�(jìn)行發(fā)送和接收。同�,MAC層也提供了兩種類(lèi)型的服務(wù):通過(guò)MAC層管理實(shí)體服�(wù)接人�(diǎn)向MAC層數(shù)�(jù)和MAC層管理提供服�(wù)。MAC層數(shù)�(jù)服務(wù)可以通過(guò)PHY層數(shù)�(jù)服務(wù)�(fā)送和接收MAC層協(xié)議數(shù)�(jù)單元
MAC層的具體特征是:信標(biāo)管理,信道接�,時(shí)隙管�,發(fā)送確�(rèn)幀,發(fā)送連接及斷�(kāi)連接�(qǐng)�。除此以�,MAC層為�(yīng)用合適的安全�(jī)制提供一些方��
ZigBee技�(shù)的網(wǎng)�(luò)/安全層主要用于ZigBee的WPAN的組�(wǎng)連接、數(shù)�(jù)管理以及�(wǎng)�(luò)安全�;應(yīng)用層主要為ZigBee技�(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型等,以便對(duì)ZigBee技�(shù)�(jìn)行開(kāi)�(fā)�(yīng)��
根據(jù)ZigBee Alliance的觀�(diǎn),一般家庭可將ZigBee�(yīng)用于以下裝置�
①空�(diào)系統(tǒng)的溫度控制器,燈光、窗簾的自動(dòng)控制�
?、诶夏耆伺c行動(dòng)不便者的緊急呼叫器�
③電視與音響的萬(wàn)用遙控器,無(wú)線鍵�(pán)、滑�、搖�,玩��
?、軣熿F偵測(cè)器�
?、葜腔坌�?biāo)簽�
�(shè)想一�,您沖�(jìn)�(gòu)物中心,急切地想為您的另一半選�(gòu)他(她)�(chēng)心如意的生日禮物。在這種情況�,該從何下手?您�(huì)很自然地掏出手機(jī)� PDA �(lái)選擇選購(gòu)生日禮物的方�。此�(shí),您的移�(dòng)手持終端�(shè)備將顯示出購(gòu)物中心的�(dǎo)�(gòu)�,并在圖上標(biāo)明您需前往的采�(gòu)區(qū)。當(dāng)您在�(gòu)物中心轉(zhuǎn)悠時(shí),移�(dòng)手持終端�(shè)備上將顯示出您可能會(huì)感興趣的商品�
�(dāng)今的射頻 (RF) 技�(shù)有望使上述設(shè)想成為現(xiàn)�(shí)。TI ZigBee RF �(shè)備中�(nèi)嵌的定位引擎可以與室�(nèi) GPS 系統(tǒng)相媲�,其�(nèi)嵌的定位引擎使用 ZigBee �(wǎng)�(luò)� RF 基礎(chǔ)�(shè)施來(lái)�(jì)算事物或人們所處的位置。與 GPS 相比較而言,定位引擎在單芯� RF 收發(fā)器中� MCU 集成在一�,成本也不及 GPS 硬件的十分之一,功耗也只是 GPS 硬件的一小部分。該定位引擎既可用于室內(nèi),也可用于室�,而且只要有現(xiàn)成的 ZigBee �(wǎng)�(luò),就�(wú)需安裝移動(dòng)的接收天線�
典型的應(yīng)用包括:
遙控�(kāi)/�(guān)房屋中所有房間的燈具�
跟蹤碼頭�(cāng)�(kù)的集裝箱起運(yùn)情況�
跟蹤�(wǎng)站的�(shè)��
另外,當(dāng)新設(shè)備接入網(wǎng)�(luò)�(shí),該定位引擎能夠確定其物理位�,因此定位引擎還能用于簡(jiǎn)化無(wú)線網(wǎng)�(luò)的設(shè)��
后臺(tái)�(shè)�
大多�(shù)的無(wú)線傳感器�(wǎng)�(luò)都要求具備一種確定網(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)位置的方法。因此在�(shè)備安裝期�,您需要弄清楚哪些節(jié)�(diǎn)相互之間直接�(jìn)行數(shù)�(jù)交換,或者確定哪些節(jié)�(diǎn)直接與中央數(shù)�(jù)采集�(diǎn)�(jìn)行數(shù)�(jù)交換�
�(dāng)通過(guò)基于軟件的計(jì)算方法來(lái)確定�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)位置�(shí),我們就�(huì)考慮到市�(chǎng)化解決方� (market solution)。這些具體的計(jì)算方法是:節(jié)�(diǎn)首先讀取計(jì)算節(jié)�(diǎn)位置的參�(shù),然后將相關(guān)信息傳送到中央�(shù)�(jù)采集�(diǎn)�(duì)節(jié)�(diǎn)位置�(jìn)行計(jì)��,又將節(jié)�(diǎn)位置的有�(guān)參數(shù)傳回至該節(jié)�(diǎn)。這就是典型的�(shù)�(jù)密集型計(jì)�,并且需要配置一�(tái) PC 或高性能� MCU�
這種�(jì)算節(jié)�(diǎn)位置的方法之所以只適用于小型的�(wǎng)�(luò)和有限的節(jié)�(diǎn)�(shù)�,是�?yàn)檫M(jìn)行相�(guān)�(jì)算所需的流量將隨著節(jié)�(diǎn)�(shù)量的增加而呈指數(shù)�(jí)速度增加。因�,高流量�(fù)載加上帶寬的不足限制了這種方法在以電池供電的網(wǎng)�(luò)中的�(yīng)用�
針對(duì)上述�(wèn)�,CC2431 采用了一種分布式定位�(jì)算方法。這種�(jì)算方法根�(jù)從距離最近的參考節(jié)�(diǎn)(其位置是已知的)接收到的信�,對(duì)節(jié)�(diǎn)�(jìn)行本地計(jì)算,確定相關(guān)節(jié)�(diǎn)的位�。因�,網(wǎng)�(luò)流量的多少將由待�(cè)節(jié)�(diǎn)范圍中節(jié)�(diǎn)的數(shù)量決�。另�,由于網(wǎng)�(luò)流量�(huì)隨著待測(cè)節(jié)�(diǎn)�(shù)量的增加而成比例遞增,因�� CC2431 還允許同一�(wǎng)�(luò)中存在大量的待測(cè)節(jié)�(diǎn)�
本文中所提供的結(jié)果是根據(jù)�(duì) ZigBee �(wǎng)�(luò)的測(cè)量得出的,然�,這些�(cè)量結(jié)果同樣適用于基于 IEEE 802.15.4.�(gòu)建的更簡(jiǎn)單的�(wǎng)�(luò)�
定位引擎技�(shù)
定位引擎根據(jù)�(wú)線網(wǎng)�(luò)中臨近射頻的接收信號(hào)�(qiáng)度指� (RSSI),計(jì)算所需定位的位�。在不同的環(huán)境中,兩�(gè)射頻之間� RSSI 信號(hào)�(huì)�(fā)生明顯的變化。例�,當(dāng)兩�(gè)射頻之間有一位行人時(shí),接收信�(hào)將會(huì)降低 30dBm。為了補(bǔ)償這種大的差異以及出于�(duì)定位�(jié)果精確性方面的考慮,定位引擎將根據(jù)�(lái)自多�(dá) 16 �(gè)射頻� RSSI �,開(kāi)展有�(guān)的定位計(jì)算。其依據(jù)的理論是:當(dāng)采用大量的節(jié)�(diǎn)�,RSSI 的變化最終將�(dá)到平均值�
� RF �(wǎng)�(luò)�,具有已知位置的定位引擎射頻�(chēng)為參考節(jié)�(diǎn),而需要計(jì)算定位位置的節(jié)�(diǎn)�(chēng)為待�(cè)節(jié)�(diǎn)�
要求在參考節(jié)�(diǎn)和待�(cè)節(jié)�(diǎn)之間傳輸?shù)男畔⒕褪菂⒖�?jié)�(diǎn)� X � Y 坐標(biāo)。定位引擎根�(jù)接收到的 X � Y 坐標(biāo),并�(jié)合根�(jù)參考節(jié)�(diǎn)的數(shù)�(jù)�(cè)量得出的 RSSI 值,�(jì)算位置�(jìn)行定��
將定位技�(shù)納入�(wǎng)�(luò)�(xié)�
一些采用定位引擎的�(yīng)用可能要�,放置若干�(gè)參考節(jié)�(diǎn)作為基礎(chǔ)�(shè)施設(shè)置不可或缺的一部分。ZigBee 技�(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)�(duì)家庭、辦公以及工�(yè)等應(yīng)用的�(wú)線控�。人們期�,隨� ZigBee �(shè)備在樓宇基礎(chǔ)�(shè)施中的安裝數(shù)量不斷增�,ZigBee 將會(huì)在家庭和辦公自動(dòng)化方面擁有更為廣闊的�(yīng)用前景�
典型的辦公場(chǎng)所都會(huì)配置 ZigBee �(shè)�,通過(guò)各辦公室和會(huì)議室中的溫度傳感�,控制溫度調(diào)節(jié)裝置以及 A/C �(dǎo)�。同�(shí),每�(gè)房間還會(huì)安裝� ZigBee 控制的燈具開(kāi)�(guān)和設(shè)�,而這些�(shè)備又易于作為定位引擎的參考節(jié)�(diǎn)。將 ZigBee 射頻作為 ZigBee �(xié)議棧上的參考節(jié)�(diǎn)所需的代碼容量通常小于 1 Kb�
定位引擎� 3 � 16 �(gè)參考節(jié)�(diǎn)采集�(shù)�(jù),并使用這些�(shù)�(jù)�(duì)�(yīng)定位的位置�(jìn)行計(jì)�。如果定位引擎從 16 �(gè)以上的節(jié)�(diǎn)接收到數(shù)�(jù)�(shí),它則會(huì)將接收到的參考節(jié)�(diǎn)位置�(jìn)行分�(lèi),然后采� 16 �(gè)� 考節(jié)�(diǎn)中信�(hào)最�(qiáng)� RSSI 值�
“索諾馬溪谷,氣溫急劇上升。但這家位于吉克莊園的葡萄酒商正在通過(guò)每棵葡萄�(shù)上的小型�(wú)線Zigbee傳感器密切地�(jiān)控自己的田地。這些一枚硬幣大小的�(jī)� 可以跟蹤土壤的溫度和�(yíng)�(yǎng)成分等數(shù)�(jù)。它們利用衛(wèi)星無(wú)線發(fā)射機(jī)相互連接?!碑?dāng)解釋Zigbee�(wú)線技�(shù)是怎樣改變我們生活的�(shí)�,《商�(yè)周刊》如是描述� 然而事�(shí)或許更加美妙� 盡管21世紀(jì)的人們并�(méi)有實(shí)�(xiàn)科幻小說(shuō)� 的某些預(yù)言。然而更為奇妙的�(chǎng)景很快便�(huì)成為�(xiàn)�(shí):只需一�(tái)電腦,一切盡在掌控之中。你可以一邊從�(gè)人pc中調(diào)控欣賞在平面電視上播放的影片,一邊控制烤 箱的溫度,等待享受美味的下午�,同�(shí)密切地監(jiān)控與了解一切需要關(guān)注的信息:工作室里�(jī)器的�(yùn)�,實(shí)�(yàn)室里研究的�(jìn)度,家中飲用水的成分和空氣中或許可能 出現(xiàn)有毒物質(zhì)的示�,酒窖里不同位置的溫度與濕度,私家公路的燈光�(diào)�,各�(lèi)儀表的�(shù)�(jù)變更……不�(huì)再有�(guò)火而敗味的美食,更不會(huì)有《小鬼當(dāng)家》中入室� 匪徒,火�(zāi)和毒氣泄漏都將地被防�,博物館的館�(zhǎng)則不再擔(dān)驚受怕地憂慮古董名畫(huà)的命�(yùn)�
而這一�,皆�(wú)需線纜�
如同�(jì)算機(jī)從單任務(wù)到多任務(wù)的跨越一般,人類(lèi)將從事事親歷親為卻免不了顧此失彼的尷尬中解脫出來(lái),同�(shí)兼顧生活與工作的方方面面,一切將變得從容而妥 �(dāng)。最為誘人的是,這樣的效率不需要被煩冗雜亂的設(shè)備線路所纏繞,無(wú)線傳感Zigbee將工作與生活的廣闊空間濃縮于雙手可以掌控的距��
何謂Zigbee
Zigbee是一種新興的短距�、低速率�(wú)線網(wǎng)�(luò)技�(shù),它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技�(shù)和藍(lán)牙之間的技�(shù)提案。它此前被稱(chēng)作“HomeRF Lite”或“FireFly”無(wú)線技�(shù),主要用于近距離�(wú)線連接。它有自己的�(wú)線電�(biāo)�(zhǔn),在�(shù)千�(gè)微小的傳感器之間相互�(xié)�(diào)�(shí)�(xiàn)通信。這些傳感器只需� 很少的能量,以接力的方式通過(guò)�(wú)線電波將�(shù)�(jù)從一�(gè)傳感器傳到另一�(gè)傳感�,所以它們的通信效率非常高�,這些�(shù)�(jù)就可以�(jìn)入計(jì)算機(jī)用于分析或者被� 外一種無(wú)線技�(shù)如WiMax收集�
Zigbee的基�(chǔ)是IEEE 802.15.4,這是IEEE�(wú)線�(gè)人區(qū)域網(wǎng)(Personal Area Network,PAN)工作組的一�(xiàng)�(biāo)�(zhǔn),被�(chēng)作IEEE 802.15.4(Zigbee)技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)�
Zigbee不僅只是802.15.4的名�。IEEE僅處理低�(jí)MAC層和物理層協(xié)議,因此Zigbee�(lián)盟對(duì)其網(wǎng)�(luò)層協(xié)議和API�(jìn)行了�(biāo)�(zhǔn)�。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一�(gè)�(shè)備的基本節(jié)�(diǎn)�4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)�(diào)器的32K字節(jié)。每�(gè)�(xié)�(diào)器可連接多達(dá)255�(gè)節(jié)�(diǎn),而幾�(gè)�(xié)�(diào)器則可形成一�(gè)�(wǎng)�(luò),對(duì)路由傳輸?shù)�?shù)目則�(méi)有限�。Zigbee�(lián)盟還�(kāi)�(fā)了安全層,以保證這種便攜�(shè)備不�(huì)意外泄漏其標(biāo)�(shí),而且這種利用�(wǎng)�(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)�(diǎn)獲得�
Zigbee�(lián)盟成立于2001�8��2002年下半年,英�(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美�(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半�(dǎo)體公司四 大巨頭共同宣�,它們將加盟“Zigbee �(lián)盟�,以研發(fā)名為“Zigbee”的下一代無(wú)線通信�(biāo)�(zhǔn),這一事件成為該項(xiàng)技�(shù)�(fā)展過(guò)程中的里程碑�
到目前為�,除了Invensys� 三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等�(guó)際知名的大公司外,該�(lián)盟大約已�25家成員企�(yè),并在迅速發(fā)展壯�。其中涵蓋了半導(dǎo)體生�(chǎn)�、IP服務(wù)提供�、消�(fèi)�(lèi)� 子廠商及OEM商等,例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工�(yè)控制和家用自�(dòng)化公�,甚至還有像Mattel之類(lèi)的玩具公司。所有這些公司都參加了�(fù)�(zé)�(kāi)�(fā)Zigbee物理和媒體控制層技�(shù)�(biāo)�(zhǔn) 的IEEE 802.15.4工作��
超越�(lán)牙的�(jiǎn)單實(shí)�
1999年,�(lán)牙熱� 席卷全球,然而發(fā)展數(shù)�,一直受芯片�(jià)格高、廠商支持力度不�、傳輸距離限制及抗干擾能力差等問(wèn)題的困擾。低功�、低成本的無(wú)線網(wǎng)�(luò)要求令Zigbee�(yīng) �(yùn)而生,大幅簡(jiǎn)化藍(lán)牙的�(fù)雜規(guī)�,專(zhuān)注于低傳輸應(yīng)�。不�(guò)相關(guān)�(guī)格已與現(xiàn)有的�(lán)牙脫�。于是有媒體甚至�(yù)言:Zigbee和UWB (Ultra-WideBand超寬頻道)切入市場(chǎng)可能使藍(lán)牙尚未普及即成歷�。這種論調(diào)顯然言�(guò)其實(shí),因?yàn)閆igbee不支持語(yǔ)�,但Zigbee的低 �(jià)�、低功耗和可靠支持成為其閃亮登�(chǎng)的亮�(diǎn),使得它超越�(lán)牙的�(jiǎn)單實(shí)用成為事�(shí)�
Zigbee技�(shù)的主要特�(diǎn)包括以下幾�(gè)部分:
* �(shù)�(jù)傳輸速率�:只有10k字節(jié)/秒到250k字節(jié)/�,專(zhuān)注于低傳輸應(yīng)�;
* 功耗低: 在低耗電待機(jī)模式�,兩節(jié)普�5�(hào)干電池可使用6�(gè)月到2�,免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是Zigbee的支持者所一直引以為豪的�(dú)特優(yōu)�(shì);
* 成本�:�?yàn)閆igbee�(shù)�(jù)傳輸速率低,�(xié)議簡(jiǎn)�,所以大大降低了成本。且Zigbee �(xié)議免收專(zhuān)利費(fèi)�
* �(wǎng)�(luò)容量�: 每�(gè)Zigbee�(wǎng)�(luò)最多可支持255�(gè)�(shè)�,也就是�(shuō),每�(gè)Zigbee�(shè)備可以與另外254�(tái)�(shè)備相連接;
* �(shí)延短:通常�(shí)延都�15毫秒�30毫秒之間;
* 安全: Zigbee提供了數(shù)�(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,加密算法采用AES-128,同�(shí)可以靈活確定其安全屬�;
* 有效范圍�: 有效覆蓋范圍10�75米之間,具體依據(jù)�(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的�(yīng)用模式而定,基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室�(huán)�;
* 工作頻段靈活: 使用的頻段分別為2.4GHz�868MHz(歐洲)�915MHz(美國(guó)),均為免�(zhí)照頻段�
隨著研究的�(jìn)一步深�,傳感器將變得更�,而且功能�(huì)越來(lái)越多。最�,他們可能會(huì)微縮到塵埃大小。屆�(shí),數(shù)以千�(jì)的微小傳感器或者稱(chēng)為“智能塵?!睂⒈会尫诺酱髿庵衼?lái)檢測(cè)任何東西�
廣闊�(yīng)�,一切無(wú)�
Zigbee主要�(yīng)用在短距離范圍之�(nèi)并且�(shù)�(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。其典型的傳輸數(shù)�(jù)�(lèi)型有周期性數(shù)�(jù)(如傳感器�(shù)�(jù))、間歇性數(shù)�(jù)(如照明控�)和重�(fù)性低反應(yīng)�(shí)間數(shù)�(jù)(如鼠�(biāo))�
根據(jù)Zigbee�(lián)盟目前的�(shè)�,Zigbee的目�(biāo)市場(chǎng)主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵�(pán)、游戲操控桿)、消�(fèi)�(lèi)電子�(shè)�(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝�)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及�(bào)警等)、玩�(電子寵物)、醫(yī)�(hù)(�(jiān)視器和傳感器)、工�(�(jiān)視器、傳感器和自�(dòng)控制�(shè)�)等非常廣闊的�(lǐng)��
政府的計(jì)劃給了Zigbee更多的空間,顯示了對(duì)其無(wú)比的信心。據(jù)�(bào)�,美�(guó)能源部已�(jīng)決定雇傭Honeywell International Inc.公司,希望通過(guò)使用Zigbee傳感器能夠在鋼鐵、鋁以及其他六�(gè)行業(yè)中將這些能源的成本降�15[%]。通過(guò)安裝在Alcoa,Dow Chemical,以及ExxonMobil等公司管道系�(tǒng)中傳感器,實(shí)�(shí)追蹤�(jiān)�(cè)�(chǎn)品生�(chǎn)�(guò)程中的氣體使用情��
Honeywell公司的自�(dòng)控制部門(mén)的副總裁、技�(shù)總監(jiān)Dan Sheflin表示:“能�?qū)崟r(shí)獲取這些�(shù)�(jù)是一件非常重要的事情?!崩眠@種無(wú)線技�(shù)及時(shí)采取措施�(lái)減少泄漏或者消除浪�(fèi),每年可節(jié)約的能量超過(guò)華盛頓州去年一年所使用的天然氣�(chǎn)生的能量總和�
至此,Zigbee的應(yīng)用前景已�(jīng)�(yuǎn)�(yuǎn)超過(guò)了本文初始的有限描述。Zigbee�(lián)盟中的先行者英�(guó)Invensys、日本三菱電�、美�(guó)摩托羅拉以及� 蘭飛利浦半導(dǎo)體公司以及三�、Millennial Net和Ember公司的總裁面�(duì)2007�35億美元的�(yù)�(jì)�(yíng)�(yè)收入恐怕已�(jīng)難忍笑意�
更重要的�,預(yù)�(cè)未來(lái)6�7年內(nèi),家庭用戶將占有Zigbee2/3的市�(chǎng)。在可以�(yù)期的將來(lái),Zigbee�(wú)線傳感將切實(shí)改變你我的生��