zigbee工業(yè)應用技術

  1、簡介

　　在藍牙技術的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍牙技術盡管有這很多的有點，但是任然存在很多的缺陷。對于工業(yè)，家庭自動化控制和遙測遙控領域而言，藍牙的技術就顯得過為復雜，功耗大，距離近而且組網規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化對無線通信的需求也是越來越強烈。正因此，經過人們長期的努力，ZigBee協(xié)議也正是問世了。

　　ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設備之間的無線通信技術。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存的發(fā)展和通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源的位置、距離和方向等信息，從此作為新一代無線通訊技術的名稱。ZigBee過去也稱為過“HomeRD Lite””、“RF-EasyLink”或“FireFly”無線電技術，但是目前統(tǒng)一稱之為“zigbee”技術。

　　2、ZigBee是什么

　　ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網絡平臺，十分類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網或GSM網，每一個ZigBee網絡數(shù)傳模塊類似移動網絡的一個****，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信；每個網絡節(jié)點間的距離可以從標準的75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個ZigBee網絡還可以與現(xiàn)有的其它的各種網絡連接。例如，你可以通過互聯(lián)網在北京監(jiān)控云南某地的一個ZigBee控制網絡。

　　不同的是，ZigBee網絡主要是為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，而移動通信網主要是為語音通信而建立；每個移動****價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee"****"卻不到1000元人民幣；每個ZigBee 網絡節(jié)點不僅本身可以與監(jiān)控對對象，例如傳感器連接直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，它還可以自動中轉別的網絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料； 除此之外，每一個ZigBee網絡節(jié)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(jié)點（RFD）無線連接。

　　每個ZigBee網絡節(jié)點（FFD和RFD）可以可支持多到31個的傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備終可以有8種不同的接口方式?？梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量。

　　3、ZigBee技術的特點

　　ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?。自從馬可尼發(fā)明無線電以來，無線通信技術一直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的方向發(fā)展。例如：廣域網范圍內的第三代移動通信網絡（3G）目的在于提供多媒體無線服務，局域網范圍內的標準從IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。而當前得到廣泛研究的ZigBee技術則致力于提供一種廉價的固定、便攜或者移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線通信技術。這種無線通信技術具有如下特點：

　　功耗低：工作模式情況下，ZigBee技術傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號的收發(fā)時間很短，其次在非工作模式時，ZigBee節(jié)點處于休眠模式。設備搜索時延一般為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點非常省電，ZigBee節(jié)點的電池工作時間可以長達6個月到2年左右。同時，由于電池時間取決于很多因素，例如：電池種類、容量和應用場合，ZigBee技術在協(xié)議上對電池使用也作了優(yōu)化。對于典型應用，堿性電池可以使用數(shù)年，對于某些工作時間和總時間（工作時間+休眠時間）之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。

　　數(shù)據(jù)傳輸可靠：ZigBee的媒體接入控制層（MAC層）采用talk-when-ready的碰撞避免機制。在這種完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制下，當有數(shù)據(jù)傳送需求時則立刻傳送，發(fā)送的每個數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，并進行確認信息回復，若沒有得到確認信息的回復就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次，采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。同時ZigBee針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。

　　網絡容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持簡單器件。ZigBee定義了兩種器件：全功能器件（FFD）和簡化功能器件（RFD）。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù)。而對簡化功能器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話，可以按3種方式工作，分別為：個域網協(xié)調器、協(xié)調器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡單的應用。一個ZigBee的網絡最多包括有255個ZigBee網路節(jié)點，其中一個是主控（Master）設備，其余則是從屬（Slave）設備。若是通過網絡協(xié)調器（Network Coordinator），整個網絡最多可以支持超過64000個ZigBee網路節(jié)點，再加上各個Network Coordinator可互相連接，整個ZigBee網絡節(jié)點的數(shù)目將十分可觀。

　　兼容性：ZigBee技術與現(xiàn)有的控制網絡標準無縫集成。通過網絡協(xié)調器（Coordinator）自動建立網絡，采用載波偵聽/沖突檢測（CSMA-CA）方式進行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。

　　安全性：Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。第一級實際是無安全方式，對于某種應用，如果安全并不重要或者上層已經提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種方式來轉移數(shù)據(jù)。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單（ACL）來防止非法器件獲取數(shù)據(jù)，在這一級不采取加密措施。第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉移中采用屬于高級加密標準（AES）的對稱密碼。AES可以用來保護數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

　　實現(xiàn)成本低：模塊的初始成本估計在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee協(xié)議免專利費用。目前低速低功率的UWB芯片組的價格至少為20美元。而ZigBee的價格目標僅為幾美分。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

　　時延短： 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制（如工業(yè)控制場合等）應用。

本文來自：成都億佰特