ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
简单地说,ZigBee是一种高可靠性的无线数传网络,类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站,通信距离从标准的75m到几百米、几公里,并且支持无限扩展。
ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的无线数传网络平台。在整个网络范围内,ZigBee网络数传模块之间可以相互通信,网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立的,因而,它必须具有简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。移动通信网主要是为语音通信而建立的,每个基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象,如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控,还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外,每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖范围内和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。
ZigBee技术具有如下主要特点。
(1)低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其他无线设备望尘莫及的。
(2)成本低:ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5~2.5美元,并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee是一个关键的因素。
(3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此,ZigBee技术适用于对延时要求苛刻的无线控制应用(如工业控制场合等)。
(4)网络容量大:一个星形结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。
(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
(6)安全:ZigBee提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。(www.xing528.com)
ZigBee技术与其他技术的简单比较,见表2-1。
表2-1 ZigBee技术与其他技术的比较
ZigBee技术有其技术优势,也有其不足之处,作为低速率短距离无线通信技术的一种,应该有为它量身定做的应用,包括智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用。
(1)智能家庭:家里可能有很多电器和电子设备,如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、计算机、空调器等,可能还有烟雾感应、报警器和摄像头等设备,以前我们最多做到点对点的控制,但如果使用了ZigBee技术,就可以把这些电子电器设备联系起来,组成一个网络,甚至可以通过网关连接到互联网,这样用户就可以方便地在任何地方监控自己家里的情况,并且省去了在家里布线的烦恼。
(2)工业控制:工厂环境中有大量的传感器和控制器,可以利用ZigBee技术把它们连接成一个网络进行监控,加强作业管理,降低成本。
(3)自动抄表:抄表是大家比较熟悉的事情,像煤气表、电表、水表等,每个月或每个季度都要统计一下读数,报给煤气、电力或者供水公司,然后根据读数来收费。现在大多数地方还是使用人工的方式来进行抄表,逐家逐户地敲门很不方便。而ZigBee技术可以用于这个领域,利用传感器把表的读数转化为数字信号,通过ZigBee网络把读数直接发送到煤气或水电公司。使用ZigBee技术进行抄表还可以带来其他好处,如煤气或水电公司可以直接把一些信息发送给用户,或者和节能相结合,当发现能源使用过快时可以自动降低使用速度。
(4)医疗监护:电子医疗监护是最近的一个研究热点。可以在人身上安装很多传感器,例如测量脉搏、血压,监测健康状况;还可以在人体周围环境放置一些监视器和报警器,例如在病房环境放置监视器和报警器,这样可以随时对人的身体状况进行监测,一旦发生问题,可以及时作出反应,如通知医院的值班人员。这些传感器、监视器和报警器,可以通过ZigBee技术组成一个监测网络,由于使用无线技术,传感器之间不需要有线连接,被监护的人也可以比较自由地行动,非常方便。
(5)传感器网络应用:传感器网络也是最近的一个研究热点,如货物跟踪、建筑物监测、环境保护等方面都有很好的应用前景。传感器网络要求节点低成本、低功耗,并且能够自动组网、易于维护、可靠性高。ZigBee在组网和低功耗方面的优势使得它成为传感器网络应用的一个很好的技术选择。
(6)电信应用:在2006年初,意大利电信就宣布其研发了一种集成了ZigBee技术的SIM卡,并命名为“ZSIM”。该SIM卡把ZigBee集成在电信终端上。ZigBee联盟的成员也在开发电信相关的应用。ZigBee技术若可以在电信领域开展应用,那么将推动用户利用手机来进行移动支付,并且在热点地区可以获得一些感兴趣的信息,如新闻、折扣信息,用户也可以通过定位服务获知自己的位置。虽然现在的GPS定位服务已经做得很好,但却很难支持室内的定位,而ZigBee的定位功能正好弥补了这一缺陷。
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