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淺談ZigBee技術(shù)的應(yīng)用 ZigBee技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢在哪里

行業(yè)新聞 | 2018-09-07 07:32:14

  Zigbee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí),通過跳ZigZag形舞蹈來告知同伴,達(dá)到交換信息的目的。可以說是一種小的動(dòng)物通過簡捷的方式實(shí)現(xiàn)“無線”的溝通。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),亦包含寓意。

ZigBee技術(shù)

  Zigbee技術(shù)并不是完全獨(dú)有、全新的標(biāo)準(zhǔn)。它的物理層、MAC層和鏈路層采用了IEEE802.15.4(無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng))協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),但在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善和擴(kuò)展。其網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會(huì)聚層和高層應(yīng)用規(guī)范(API)由Zigbee聯(lián)盟進(jìn)行了制定。
 

  Zigbee主要應(yīng)用在距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間,典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)想,它的應(yīng)用目標(biāo)主要是:工業(yè)控制(如自動(dòng)控制設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)),醫(yī)護(hù)(如監(jiān)視和傳感),家庭智能控制(如照明、水電氣計(jì)量及報(bào)警),消費(fèi)類電子設(shè)備的遙控裝置、PC外設(shè)的無線連接等領(lǐng)域。
 

  一般而言,滿足如下一些特點(diǎn)的應(yīng)用場合,是Zigbee應(yīng)用極具優(yōu)勢的地方:
 

 ?、傩枰獰o線通信交換信息的低成本裝置;
 

 ?、跀?shù)據(jù)的交換量較小、傳輸?shù)乃俾室蟛桓?
 

 ?、酃囊髽O低,采用電池供電且需要維持較長時(shí)間;
 

 ?、苄枰鄠€(gè)(尤其是大量)設(shè)備組成無線通信網(wǎng)絡(luò),主要進(jìn)行監(jiān)測和控制的場合。
 

  下面就來簡單看看ZigBee可能的一些應(yīng)用,包括智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用。
 

  智能家居:家里可能都有很多電器和電子設(shè)備,如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等,可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備,以前我們最多可能就做到點(diǎn)對點(diǎn)的控制,但如果使用了ZigBee技術(shù),可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來,組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),甚至可以通過網(wǎng)關(guān)連接到Internet,這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況,并且省卻了在家里布線的煩惱。 工業(yè)控制:工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器,可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控,加強(qiáng)作業(yè)管理,降低成本。
 

  電信應(yīng)用:在2006年初的時(shí)候,意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了ZigBee技術(shù)的SIM卡,并命為“ZSIM”。其實(shí)這種SIM卡只是把ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯(lián)盟也在2007年4月發(fā)布新聞,說聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用。如果ZigBee技術(shù)真得可以在電信領(lǐng)域開展起來,那么將來用戶就可以利用手機(jī)來進(jìn)行移動(dòng)支付,并且在熱點(diǎn)地區(qū)可以獲得一些感興趣的信息,如新聞、折扣信息,用戶也可以通過定位服務(wù)獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位服務(wù)已經(jīng)做得很好,但卻很難支持室內(nèi)的定位,而ZigBee的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。
 

  自動(dòng)抄表:抄表可能是大家比較熟悉的事情,像煤氣表、電表、水表等等,每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù),報(bào)給煤氣、電力或者供水公司,然后根據(jù)讀數(shù)來收費(fèi)?,F(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來進(jìn)行抄表,逐家逐戶的敲門,很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域,利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來其它好處,比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶,或者和節(jié)能相結(jié)合,當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。
 

  傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn),像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗,并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。
 

  醫(yī)療監(jiān)護(hù):電子yi療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器,如測量脈搏、血壓,監(jiān)測健康狀況,還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器,如在病房環(huán)境,這樣可以隨時(shí)對人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測,一旦發(fā)生問題,可以及時(shí)做出反應(yīng),比如通知yi院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器,可以通過ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò),由于是無線技術(shù),傳感器之間不需要有線連接,被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng),非常方便。

ZigBee應(yīng)用

  Zigbee的特點(diǎn)突出,尤其在低功耗、低成本上,主要有以下幾個(gè)方面:
 

 ?、俚凸?。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。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。
 

 ?、诘统杀尽Mㄟ^大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算,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免協(xié)議專利費(fèi)。
 

 ?、鄣退俾?。Zigbee工作在20~250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4 GHz)、40 kbps(915 MHz)和20 kbps(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。
 

 ?、芙嚯x。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。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。
 

 ?、荻虝r(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3~10 s、WiFi需要3 s。
 

  ⑥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)。
 

 ?、吒甙踩?。Zigbee提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼,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(ISM)頻段,2.4GHz(全球)、915MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。

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