Zigbee無線通信技術(shù)樣本

Zigbee無線通信技術(shù)摘要：ZigBee是基于IEEE802.15.4原則低功耗局域網(wǎng)合同。依照國際原則規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗無線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂合同）來源于蜜蜂八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依托這樣方式構(gòu)成了群體中通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。重要合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜，低功耗近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳播無線網(wǎng)絡(luò)合同。ZigBee合同從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳播層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE802.15.4原則規(guī)定核心詞：ZigBee技術(shù)特性原則合同應(yīng)用系統(tǒng)引言ZigBee作為一種新興近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效彌補(bǔ)了低成本、低功耗和低速率無線通信市場空缺，其成功核心在于豐富而便捷應(yīng)用，而不是技術(shù)自身。咱們有理由相信在不遠(yuǎn)將來，將有越來越多內(nèi)置式ZigBee功能設(shè)備進(jìn)入咱們生活，并將極大地改進(jìn)咱們生活方式和體驗(yàn)。Zigbee技術(shù)簡介什么是Zigbee？ Zigbee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳ZigZag形舞蹈來告知同伴，達(dá)到互換信息目?？梢哉f是一種小動物通過簡捷方式實(shí)現(xiàn)“無線”溝通。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，亦包括此寓意。ZigBee聯(lián)盟成立于8月，下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司等四大公司加盟ZigBee聯(lián)盟，這一事件成為ZigBee技術(shù)里程碑。到當(dāng)前為止，加盟ZigBee聯(lián)盟不但僅只有當(dāng)時四大公司，而是涵蓋了IT領(lǐng)域以及其他行業(yè)150多家公司。ZigBee技術(shù)特點(diǎn)ZigBee是一種新興短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；ZigBee采用了IEEE802.15.4強(qiáng)有力無線物理層所規(guī)定所有長處：省電、簡樸、成本又低規(guī)格；ZigBee增長了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層；ZigBee重要應(yīng)用領(lǐng)域涉及無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制等場合；二、Zigbee技術(shù)特性和性能分析1.ZigBee頻帶和數(shù)據(jù)傳播率ZigBee無線可使用頻段有3個，分別是2.4GHzISM頻段、歐洲868MHz頻段、以及美國915MHz頻段，而不同頻段可使用信道分別是16、1、10個；ZigBee在中華人民共和國采用2.4GISM頻段，是免申請和免使用費(fèi)頻率，在2.4G頻段上具備16個信道，帶寬為250K。2.短程無線網(wǎng)絡(luò)原則ZigBee和802.15.4原則都適合于低速率數(shù)據(jù)傳播，最大速率為250K，與其她無線技術(shù)比較，適合傳播距離相對較近；ZigBee無線技術(shù)適合組建WPAN網(wǎng)絡(luò)，就是無線個人設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，對于數(shù)據(jù)采集和控制信號傳播是非常適當(dāng)。ZigBee技術(shù)應(yīng)用定位是低速率、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、低功耗和低成本應(yīng)用。3.無線網(wǎng)絡(luò)原則比較ZigBee無線傳播帶寬在20-250KB/s范疇，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)傳播；ZigBee無線可以組建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量達(dá)到65535個，具備非常強(qiáng)大組網(wǎng)優(yōu)勢；ZigBee技術(shù)特有低功耗設(shè)計，可以保證電池工作很長時間。4.zigbee技術(shù)優(yōu)勢

①低功耗。在低耗電待機(jī)模式下,2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點(diǎn)工作6～24個月,甚至更長。這是Zigbee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。

②低成本。通過大幅簡化合同(不到藍(lán)牙1/10),減少了對通信控制器規(guī)定,按預(yù)測分析,以80518位微控制器測算,全功能主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,并且Zigbee免合同專利費(fèi)。每塊芯片價格大概為2美元。

③低速率。Zigbee工作在20～250kbps較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳播數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。④近距離。傳播范疇普通介于10～100m之間,在增長RF發(fā)射功率后,亦可增長到1～3km。這指是相鄰節(jié)點(diǎn)間距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信接力,傳播距離將可以更遠(yuǎn)。⑤短時延。Zigbee響應(yīng)速度較快,普通從睡眠轉(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)約了電能。相比較,藍(lán)牙需要3～10s、WiFi需要3s。⑥高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,由一種主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),最多一種主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn);同步主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可構(gòu)成65000個節(jié)點(diǎn)大網(wǎng)。⑦高安全。Zigbee提供了三級安全模式,涉及無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高檔加密原則(AES128)對稱密碼,以靈活擬定其安全屬性。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868MHz(歐洲)。5.Zigbee物理信道ZigBee在2.4G頻段上具備16個信道，從2.405GHz—2.480GHz間分布，信道間隔是5M，具備很強(qiáng)信道抗串?dāng)_能力。6.Zigbee合同棧ZigBee采用了IEEE802.15.4強(qiáng)有力無線物理層所規(guī)定所有長處ZigBee增長了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用軟件，更加適合于產(chǎn)品技術(shù)一致化，利于產(chǎn)品互連互通；ZigBee繼續(xù)與IEEE緊密結(jié)合，以保證向市場提供一種完整集成解決方案。7.ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造ZigBee技術(shù)具備強(qiáng)大組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)，可以依照實(shí)際項目需要來選取適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造；MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造網(wǎng)絡(luò)具備強(qiáng)大功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級跳”方式來通信；該拓?fù)錁?gòu)造還可以構(gòu)成極為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能；星型和族樹型網(wǎng)絡(luò)適合點(diǎn)多多點(diǎn)、距離相對較近應(yīng)用。8.ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：涉及所有網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類型中最復(fù)雜一種，存儲容量最大、計算機(jī)能力強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一種網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對節(jié)點(diǎn)間路由消息、不斷地接受信息。全功能設(shè)備（FFD）：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他FFD或是RFD連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器功能，可提供信息雙向傳播。附帶由原則指定所有802.15.4功能和所有特性更多存儲器、計算機(jī)能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡(luò)路由作用。也也許做終端設(shè)備精簡功能設(shè)備（RFD）：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接受信息。附帶有限功能來控制成本和復(fù)雜性在網(wǎng)絡(luò)中通慣用作終端設(shè)備。ZigBee相對簡樸實(shí)現(xiàn)自然節(jié)約了費(fèi)用。RFD由于省掉了內(nèi)存和其她電路，降低了ZigBee部件成本，而簡樸8位解決器和小合同棧也有助于減少成本。9.Zigbee抗干擾能力ZigBee在物理層采用高解決增益直序/頻率快變DS/FA技術(shù)（DirectSequence/FrequencyAgility）；ZigBee解決增益最大，抗干擾和抗多徑時延擴(kuò)展能力也最強(qiáng)；ZigBee具備頻率快變就是變化頻率，以避開從一種已知干擾源或信號源來影響能力；實(shí)驗(yàn)證明IEEE802.15.4/ZigBee誤碼率，特別是在信噪比為4dB狀況下可達(dá)到10-9；達(dá)到同樣誤碼率，藍(lán)牙/802.15.1信噪比要達(dá)16dB，802.11b要達(dá)10dB，Zigbee抗干擾性能明顯高于藍(lán)牙和WLAN技術(shù)。10.ZigBee可靠鏈路物理層RF通信鏈路直序擴(kuò)頻采用高解決增益明晰信道檢測對干擾能量進(jìn)行檢測采用跳頻技術(shù)Freqencyagility合同基于CRC誤碼檢測/校正采用了避免沖突方略CSMA/CA為固定帶寬通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專業(yè)有保證時隙發(fā)送數(shù)據(jù)包均有待于接受方確認(rèn)，如浮現(xiàn)問題進(jìn)行重發(fā)保持?jǐn)?shù)據(jù)包及時傳播Packetdatafreshness通信可靠機(jī)制ZigBee采用了CSMA-CA碰撞避免機(jī)制，同步為需要固定帶寬通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)使得競爭和沖突；明晰信道檢測；MAC層采用了完全確認(rèn)數(shù)據(jù)傳播機(jī)制，每個發(fā)送數(shù)據(jù)包必要等待接受方確認(rèn)信息。網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈能力強(qiáng)ZigBee自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以感知其她節(jié)點(diǎn)存在，并擬定連接關(guān)系，構(gòu)成構(gòu)造化網(wǎng)絡(luò)；ZigBee自愈功能：增長或刪除一種節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都可以自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)節(jié)，無需人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)依然能正常工作。ZigBee技術(shù)RF物理層上設(shè)計保證了較強(qiáng)抗干擾能力和通信可靠性；ZigBee技術(shù)在通信合同上可靠設(shè)計，保證了較強(qiáng)抗干擾能力和通信可靠性。三、Zigbee技術(shù)應(yīng)用范疇1.適合ZigBee傳播數(shù)據(jù)類型周期性數(shù)據(jù)：傳感器數(shù)據(jù)、水電氣表數(shù)據(jù)、儀器儀表數(shù)據(jù)間斷性數(shù)據(jù):工業(yè)控制命令、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、家用電器控制重復(fù)性低反映時間數(shù)據(jù):如鼠標(biāo)鍵盤數(shù)據(jù)、操作桿數(shù)據(jù)2.適合ZigBee技術(shù)應(yīng)用場合設(shè)備成本低、傳播數(shù)據(jù)量小設(shè)備體積小，不便放置較大充電電池或者電源模塊沒有充分電源支持，只能使用一次性電池需要較大范疇通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備非常多，但僅僅用于監(jiān)測或控制3.Zigbee技術(shù)典型應(yīng)用1、結(jié)合Zigbee和GPRS無線數(shù)據(jù)傳播系統(tǒng)概述運(yùn)用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳播基于Zigbee無線傳感器匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)完整無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜托枨髸r喚醒Zigbee模塊通信方式，有效減少了每Zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)功耗，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)向匯節(jié)點(diǎn)上報數(shù)據(jù)時互相碰撞概率，并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳播匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，變化了老式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播限制，使網(wǎng)絡(luò)具備非常明顯長處；運(yùn)用ZIGBEE技術(shù)優(yōu)勢組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳播網(wǎng)，并可以按照區(qū)域布置不同匯接點(diǎn)，這個匯接點(diǎn)就是ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)；遠(yuǎn)程管理中心通過GPRS等公共信道與ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲取采集到有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場有效控制和管理。系統(tǒng)應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)概述運(yùn)用ZIGBEE技術(shù)構(gòu)成一種網(wǎng)狀路由網(wǎng)絡(luò)，在樓道設(shè)立適當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)；房間內(nèi)呼喊節(jié)點(diǎn)采用星型網(wǎng)絡(luò)連接，由其中一種節(jié)點(diǎn)作為ZIGBEE路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有ZIGBEE路由器構(gòu)成一種蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，再與ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)立在管理中心，構(gòu)建成一種完整ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)，是個通信非?？煽烤W(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。系統(tǒng)應(yīng)用醫(yī)院醫(yī)療監(jiān)護(hù)醫(yī)療儀器數(shù)據(jù)采集3.智能交通控制系統(tǒng)系統(tǒng)概述采用ZIGBEE和太陽能結(jié)合無線控制系統(tǒng)，不必挖路布設(shè)控制線路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線自動組網(wǎng)連接，既減少了系統(tǒng)安裝成本，更重要是避免了老式安裝方式對交通干擾所帶來經(jīng)濟(jì)損失，并且也避免了由于都市迅速發(fā)展，道路拓展等變化對原有預(yù)埋管線干擾。系統(tǒng)應(yīng)用路口交通信號燈控制遠(yuǎn)程交通信號控制道路信息采集停車收費(fèi)系統(tǒng)4、無線點(diǎn)餐系統(tǒng)系統(tǒng)概述餐廳ZigBee無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過在餐廳、吧臺、廚房、收銀臺、解決中心布置ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成了完整無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息解決自動化；內(nèi)置無線ZIGBEE通信模塊手持點(diǎn)餐終端，服務(wù)員通過手持點(diǎn)餐終端解決顧客點(diǎn)單，顧客訂單通過終端和大廳內(nèi)ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動上傳到廚房和收銀臺無線通信系統(tǒng)ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)、無線ZIGBEE路由和無線點(diǎn)餐終端，夠構(gòu)成一種蜂窩狀通信網(wǎng)絡(luò)，任何一種節(jié)點(diǎn)以多調(diào)方式實(shí)現(xiàn)通信。其中任何一種ZIGBEE路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有ZIGBEE路由器構(gòu)成一種蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，再與ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)立在總服務(wù)臺，構(gòu)建成一種完整ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)，是個通信非?？煽烤W(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。系統(tǒng)應(yīng)用餐廳無線點(diǎn)餐系統(tǒng)茶樓、咖啡館、網(wǎng)吧、KTV娛樂場合呼喊系統(tǒng)小結(jié)ZigBee作為一種新興近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效彌補(bǔ)了低成本、低功耗和低速率無線通信市場空缺，其成功核心在于豐富而便捷應(yīng)用，而不是技術(shù)自身。咱們有理由相信在不遠(yuǎn)將來，將有越來越多內(nèi)置式ZigBee功能設(shè)備進(jìn)入咱們生活，并將極大地改進(jìn)咱們生活方式和體驗(yàn)。從802.15.4到ZigBee不難發(fā)現(xiàn)，這些原則目，就是但愿以低價切入產(chǎn)業(yè)自動化控制、能源監(jiān)控、機(jī)電控制、照明系統(tǒng)管控、家庭安全和RF遙控等領(lǐng)域。傳遞少量信息，例如：控制（Control）或是事件（Event）資料傳遞，都