長(zhǎng)期以來(lái)，低成本、低功率、短距離的無(wú)線通訊市場(chǎng)一直存在著。自從Bluetooth藍(lán)牙技術(shù)問(wèn)世后，一度讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者動(dòng)心不已，而藍(lán)牙設(shè)備的成本卻讓他們望塵莫及，這導(dǎo)致許多廠商放棄使用。
如今，這些行業(yè)廠商領(lǐng)導(dǎo)者都加入IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，負(fù)責(zé)制定ZigBee協(xié)議的物理層和媒體介入控制層。IEEE 802.15.4規(guī)范是經(jīng)濟(jì)，高效，低數(shù)據(jù)速率（<250 kbps），適用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和對(duì)等網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的2.4 GHz和868/928MHz無(wú)線技術(shù)。 它是ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。
ZigBee是一種新興的低成本，低復(fù)雜度，低功耗，低數(shù)據(jù)速率，低成本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案。主要用于短距離無(wú)線連接。 它是基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。 這些傳感器需要非常低的功耗，并且通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)傳感器，因此它們的通信效率非常高。
多年來(lái)，無(wú)線技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出不同的分支機(jī)構(gòu)，適用于不同領(lǐng)域。最初，許多技術(shù)僅用于消費(fèi)電子通信，如CDMA / GPRS，WI-FI技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)等，但現(xiàn)在隨著工業(yè)控制的需求，一些無(wú)線技術(shù)也被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。 就像下面介紹的ZigBee技術(shù)一樣。 通過(guò)使用這些技術(shù)可以解決傳統(tǒng)控制因?yàn)闆]有通訊功能而無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的問(wèn)題，這將操作維護(hù)人員從大量繁瑣的工作中解放出來(lái)，大大減輕了系統(tǒng)的不利影響和人工成本開銷。
一般來(lái)說(shuō)，隨著通信距離的增加，設(shè)備的功耗、系統(tǒng)成本、復(fù)雜性都在增加。與現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)將是最低的功耗和成本的技術(shù)。同時(shí)由于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度和通信范圍偏低，ZigBee技術(shù)也適用于攜帶流量較少的數(shù)據(jù)流量。 所以ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)了工業(yè)控制，消費(fèi)電子，汽車自動(dòng)化，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療設(shè)備控制等主要應(yīng)用領(lǐng)域。
?IEEE無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)工作組的IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)。802.15.4標(biāo)準(zhǔn)旨在為低能耗的簡(jiǎn)單設(shè)備提供有效覆蓋范圍在10米左右的低速連接，可廣泛用于交互玩具、庫(kù)存跟蹤監(jiān)測(cè)等消費(fèi)與商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)是其主要市場(chǎng)對(duì)象。
?IEEE 802.15.4協(xié)議定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。它們都基于DSSS（直接序列擴(kuò)頻），使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。2.4GHz波段為全球統(tǒng)一的無(wú)需申請(qǐng)的ISM頻段，有助于ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。2.4GHz的物理層通過(guò)采用高階調(diào)制技術(shù)能夠提供250kb/s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時(shí)延和更短的工作周期，從而更加省電。IEEE 802.15.4協(xié)議特點(diǎn)如圖2-1所示：
? Zigbee在中國(guó)被翻譯成“紫蜂”，是基于IEEE802.15.4協(xié)議開發(fā)的一種短距離無(wú)線通信技術(shù)、功耗低、行業(yè)最有可能用于工業(yè)應(yīng)用中的無(wú)線通信技術(shù)。 Zigbee是一個(gè)由多達(dá)65535個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。 每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模塊可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上相互通信。 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)75m無(wú)限擴(kuò)展改變。 ZigBee模塊是在2.4GHz（全球），868MHz（歐洲）和915MHz（美國(guó)）中分別以250kbit/s，20kbit/s和40kbit/s的速度運(yùn)行的無(wú)線連接，其傳輸距離 范圍在10-75m，但可以繼續(xù)增加。
作為一種無(wú)線通信技術(shù),ZigBee技術(shù)具有如下特點(diǎn):
1.低復(fù)雜度：
zigbee協(xié)議的大小一般在4-32KB，而藍(lán)牙協(xié)議和wi-fi協(xié)議一般都超過(guò)100KB
2.自組織：
zigbee能夠自動(dòng)建立其所想要的網(wǎng)絡(luò)
3.時(shí)延短:
通信延遲和休眠喚醒非常短暫。典型的搜索設(shè)備延遲30ms，睡眠喚醒延遲為15ms，有源設(shè)備信道接入延遲為15ms。所以ZigBee技術(shù)適用于要求苛刻的無(wú)線控制（如工業(yè)控制等）應(yīng)用的延遲。
4.低功耗:
由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。
5.可靠性:
采取了碰撞避免策略,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)
6.低成本：
ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,先如今已降到1.5—2.5美元,并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。
?在由ZigBee協(xié)議棧組成的網(wǎng)絡(luò)中，存在三種類型的邏輯設(shè)備類型—協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器(Router)、終端設(shè)備(End Device)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由器和終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
Coordinator協(xié)調(diào)器員負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)上的第一個(gè)設(shè)備。 協(xié)調(diào)器選擇信道和網(wǎng)絡(luò)ID（也稱為PAN ID，本地網(wǎng)絡(luò)ID），然后啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee協(xié)調(diào)器也可用于幫助在網(wǎng)絡(luò)中建立綁定和應(yīng)用程序?qū)咏壎ā?協(xié)調(diào)器的角色主要與網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配置有關(guān)。 一旦這些完成，協(xié)調(diào)器就像一個(gè)路由器。 由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)本身的分布，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不再依賴協(xié)調(diào)器的存在。
ZigBe路由器的主要功能是：允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、多跳路由和幫助電池進(jìn)行電子終端設(shè)備的通信。通常，路由器將保持活動(dòng)狀態(tài)，因此在這種情況使用外部電源是最佳選擇。 但是，當(dāng)使用此網(wǎng)絡(luò)模式的Mesh組網(wǎng)時(shí)，允許一定周期的路由間隔一次，因此也可以使用電池供電。
ZigBee終端設(shè)備沒有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任，它可以睡眠或者喚醒，因此它可以是一個(gè)電池供電設(shè)備。通常，終端設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)空間(特別是RAM的需要)比較小。
? ZigBee的初衷是開發(fā)易于構(gòu)建的低成本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而其低功耗將使產(chǎn)品的電池持續(xù)六個(gè)月至幾年。 在產(chǎn)品開發(fā)初期，將以工業(yè)或企業(yè)市場(chǎng)為導(dǎo)向的感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，提供傳感器識(shí)別，照明和安全控制等功能，然后逐步擴(kuò)大當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用于家庭物聯(lián)網(wǎng)中。通常符合以下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù),如：
1、空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制器, 燈光、窗簾的自動(dòng)控制；
2、老年人與行動(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)線鍵盤、滑鼠、搖桿，玩具；
4．煙霧偵測(cè)器； ?
5．智慧型標(biāo)簽。
智能交通控制系統(tǒng)如圖4-1所示：
無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)如圖4-2所示：
五、zigbee模組方案
?成都億佰特是一家專注與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高科技公司，其E18系列是集齊Zigbee組網(wǎng)三個(gè)類型設(shè)備（協(xié)調(diào)器、路由器、終端）與一身的Zigbee無(wú)線模塊，可實(shí)現(xiàn)星型組網(wǎng)、mesh組網(wǎng)等多種組網(wǎng)方式，模塊參數(shù)可以通過(guò)專用配置軟件（如圖5-2所示）自由設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)廣播、組播、點(diǎn)播三種數(shù)據(jù)傳輸方式，在點(diǎn)播模式下，還可根據(jù)不同需求任意搭配MAC地址、網(wǎng)絡(luò)地址、透?jìng)鞯确绞?，無(wú)論是對(duì)于成品工業(yè)應(yīng)用還是初學(xué)者學(xué)習(xí)都是絕佳的選擇。其實(shí)物圖如圖5-1所示
綜上所述，本文介紹了ZigBee技術(shù)和IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)應(yīng)用，討論了其關(guān)系，以及其在無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景和前景。 ZigBee技術(shù)彌補(bǔ)了低成本，低功耗和低速無(wú)線通信市場(chǎng)的空缺，這是該技術(shù)成功的關(guān)鍵所在。 隨著協(xié)議的正式版本的發(fā)布，更多的關(guān)注和研發(fā)力量將進(jìn)入應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)施，互操作性測(cè)試和營(yíng)銷等。 我們有理由相信，在不久的將來(lái)，將有越來(lái)越多的內(nèi)置ZigBee功能的設(shè)備融入我們的生活，并將大大改善我們的生活方式和經(jīng)驗(yàn)。
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