全面解析LED智能照明控制傳輸方式Zigbee技術(shù)

　　目前LED智能照明行業(yè)處于百花齊放的狀態(tài)，比如控制傳輸?shù)姆绞桨t外線、WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等。標(biāo)準(zhǔn)的建立需要一個(gè)過(guò)程，目前尚未達(dá)成統(tǒng)一，不過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在業(yè)界呼聲最高，未來(lái)有望成為主流。

　　1、ZigBee起源什么技術(shù)？

　　A：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)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)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，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，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年中正式問(wèn)世了。另外，ZigBee使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home RF Lite。

　　2、什么是ZigBee？

　　A： 首先ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(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遠(yuǎn)近信息的，也就是蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”，因此ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來(lái)形象地描述這種無(wú)線信息傳輸技術(shù)。

　　3、Zigbee技術(shù)有哪些特點(diǎn)？

　　A： ZigBee的特點(diǎn)主要有以下八個(gè)方面：

　?。?）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)。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時(shí)；

　?。?）低成本：通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議降低成本（不足藍(lán)牙的1/10），也降低了對(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的協(xié)議專利免費(fèi)；

　　（3）低速率：ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求；

　?。?）近距離：傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF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)；

　?。?）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3s；

　?。?）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)

　?。?）高安全：ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性；

　　（8）免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療2.4GHz(全球)頻段。‖

　　4、為什么說(shuō)ZigBee是順應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化對(duì)可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸日益增長(zhǎng)的需求而產(chǎn)生的？

　　A：ZigBee技術(shù)本身，就是因?yàn)樘m牙技術(shù)不能滿足工業(yè)自動(dòng)化中，對(duì)低數(shù)據(jù)量、低成本、低功耗、高可靠性的無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求而產(chǎn)生的。因?yàn)?，?duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，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。ZigBee技術(shù)中，使用網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自動(dòng)路由，動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，直序擴(kuò)頻的方式，就是為了滿足工業(yè)自動(dòng)化控制現(xiàn)場(chǎng)的這種需要。

　　5、ZigBee使用哪種協(xié)議？

　　A： ZigBee使用IEEE802.15.4協(xié)議，這是一種低傳送速率的無(wú)限PAN的協(xié)議。在標(biāo)準(zhǔn)化方面，IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。

　　目前IEEE所制訂的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)WPAN大致有四：

　　1）IEEE 802.15.1Bluetooth，藍(lán)芽v1.1；

　　2）IEEE 802.15.2Bluetooth，藍(lán)芽補(bǔ)充規(guī)范，降低與WiFi同范疇內(nèi)運(yùn)用時(shí)的相互干擾問(wèn)題；

　　3）IEEE 802.15.3WiMEDIA，標(biāo)準(zhǔn)速、高速WPAN；IEEE 802.15.3a UWB，高速WPAN；

　　4）IEEE 802.15.4ZigBee，低速WPAN (又稱WSAN, S代表Sensor)。

　　6、為什么ZigBee無(wú)線通信使用2.4G頻段是免費(fèi)頻段？

　　A：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。

　　7、ZigBee僅適合近距離通信嗎？

　　A：ZigBee局域網(wǎng)絡(luò)不僅可以通過(guò)提高每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，而且還可以通過(guò)傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)去監(jiān)控路途遙遠(yuǎn)的ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。

　　但是，在進(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，便會(huì)失去ZigBee本身電能消耗很低的優(yōu)勢(shì)；

　　2）盡管2.4Ghz是免費(fèi)頻段，但是不能超過(guò)電波法中對(duì)于最大功率的限制。

　　8、ZigBee采用直序擴(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等抗干擾能力，通信安全保密性，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)頻技術(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)兩者在可靠性上不同凡響。

　　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)于接收靈敏度提高了7dBm，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?！?/p>

　　9、ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺(tái)的比較有哪些特點(diǎn)？

　　A：其優(yōu)點(diǎn)如下：

　　（1）可靠性高：由于ZigBee模塊的集成度遠(yuǎn)比一般數(shù)傳電臺(tái)高，分離元器件少，因而可靠性更高；

　　（2）使用方便安全：因?yàn)榧啥雀?，比起一般?shù)傳電臺(tái)來(lái)，ZigBee收法模塊體積可以做得很小，而且功耗低，最大發(fā)射電流比一個(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)備之中，不僅使用方便，而且在戶外攜帶使用時(shí)不容易受到損壞；

　　（3）抗干擾力強(qiáng)，保密性好，誤碼率低：ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G直序擴(kuò)頻技術(shù)，比起一般FSK,ASK和跳頻的數(shù)傳電臺(tái)來(lái)，具有更好的抗干擾能力，和更遠(yuǎn)的傳輸距離；

　?。?）免費(fèi)頻段：ZigBee使用的是免費(fèi)頻段，而許多數(shù)傳電臺(tái)所使用的頻段不僅需要申請(qǐng)，而且每年都需要向國(guó)家無(wú)委會(huì)交納相當(dāng)?shù)念l率使用費(fèi)；

　?。?）價(jià)格低：ZigBee數(shù)傳模塊的價(jià)格只有具有類似功能的數(shù)傳電臺(tái)的幾分之一。

　　10、 ZigBee是具有怎樣的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)？

　　A：簡(jiǎn)單的說(shuō)，ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)線擴(kuò)展。

　　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。

　　與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)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)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1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，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)

　　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）可以支持多達(dá)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?？梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量。

　　11、 ZigBee所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？

A：舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后，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)