浅谈ZigBee技术的应用及优势

发布时间:2019-08-23 16:12:15  浏览次数:8807  作者:智能家居

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    Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时,通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴,达到交换信息的目的。可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术,亦包含寓意。


    Zigbee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4(无线个人区域网)协议标准,但在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用会聚层和高层应用规范(API)由Zigbee联盟进行了制定。

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    Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间,典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。根据设想,它的应用目标主要是:工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络),医护(如监视和传感),家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警),消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。


    一般而言,满足如下一些特点的应用场合,是Zigbee应用极具优势的地方:


    ①需要无线通信交换信息的低成本装置;


    ②数据的交换量较小、传输的速率要求不高;


    ③功耗要求极低,采用电池供电且需要维持较长时间;


    ④需要多个(尤其是大量)设备组成无线通信网络,主要进行监测和控制的场合。


    下面就来简单看看ZigBee可能的一些应用,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。


    智能家居:家里可能都有很多电器和电子设备,如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、电脑、空调等等,可能还有烟雾感应、报警器和摄像头等设备,以前我们最多可能就做到点对点的控制,但如果使用了ZigBee技术,可以把这些电子电器设备都联系起来,组成一个网络,甚至可以通过网关连接到Internet,这样用户就可以方便的在任何地方监控自己家里的情况,并且省却了在家里布线的烦恼。工业控制:工厂环境当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。


    电信应用:在2006年初的时候,意大利电信就宣布她研发了一种集成了ZigBee技术的SIM卡,并命为“ZSIM”。其实这种SIM卡只是把ZigBee集成在电信终端上的一种手段。而ZigBee联盟也在2007年4月发布新闻,说联盟的成员在开发电信相关的应用。如果ZigBee技术真得可以在电信领域开展起来,那么将来用户就可以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这一缺陷。


    自动抄表:抄表可能是大家比较熟悉的事情,像煤气表、电表、水表等等,每个月或每个季度可能都要统计一下读数,报给煤气、电力或者供水公司,然后根据读数来收费。现在在大多数地方还是使用人工的方式来进行抄表,逐家逐户的敲门,很不方便。而ZigBee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提供煤气或水电的公司。使用ZigBee进行抄表还可以带来其它好处,比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的时候可以自动降低使用速度。


    传感器网络应用:传感器网络也是最近的一个研究热点,像货物跟踪、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。


    医疗监护:电子yi疗监护是最近的一个研究热点。在人体身上安装很多传感器,如测量脉搏、血压,监测健康状况,还有在人体周围环境放置一些监视器和报警器,如在病房环境,这样可以随时对人的身体状况进行监测,一旦发生问题,可以及时做出反应,比如通知yi院的值班人员。这些传感器、监视器和报警器,可以通过ZigBee技术组成一个监测的网络,由于是无线技术,传感器之间不需要有线连接,被监护的人也可以比较自由的行动,非常方便。


    Zigbee的特点突出,尤其在低功耗、低成本上,主要有以下几个方面:


    ①低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。


    ②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。


    ③低速率。Zigbee工作在20~250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。


    ④近距离。传输范围一般介于10~100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。


    ⑤短时延。Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10s、WiFi需要3s。


    ⑥高容量。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。


    ⑦高安全。Zigbee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。


    ⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。


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