Zigbee技术简介

Zigbee 是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，跟移动通信的CDMA 网或GSM 网类似。每一个Zigbee 网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75 米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee 网络不仅可以“无限”扩展开来，而且还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee 控制网络。

【Zigbee自身的技术优势】
　　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 。
　　现在，TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的Zigbee提供电源。
　　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。每块芯片的价格大约为2 美元。
　　③低速率。Zigbee工作在20～250 kbps的较低速率段,分别提供250 kbps(2。4GHz)、40kbps (915 MHz)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10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到1～3 km。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15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。
　　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(AES 128) 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,2.4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。
【Zigbee的频带】
　　1) 868MHZ 传输速率为20KB/S 适用于欧洲
　　2) 915MHZ 传输速率为40KB/S 适用于美国
　　3) 2.4GHZ 传输速率为250KB/S 全球通用
　　由于 此三个频带物理层并不相同,其各自信道带宽也不同,分别为
　　0.6MHZ,2MHZ和5MHZ。分别有1个10个和16个信道。
　　不同频带的扩频和调制方式有区别。虽然都使用了直接扩频(DSSS)的方式,但从比特到码片的变换方式有较大的差别。
　　调制方式都用了调相技术,但868MHZ和915MHZ频段采用的是BPSK而2。4GHZ频段采用的是OQPSK在发射功率为0dBm的情况下,BLUETOOTH通常能用10M的作用范围。
　　而基于IEEE 802.15.4的Zigbee在室内通常能达到30-50米作用距离,在室外如果障碍物少,甚至可以达到100米作用距离。
　　所以Zigbee可归为低速率的短距离无线通信技术。
【Zigbee性能分析】
　　1.数据速率比较低
　　在2.4GHZ的频段只有250KB/S,而且只是链路上的速率,除掉信道竞争应答和重传等消耗,真正能被应用所利用的速率可能不足100KB/S,并且余下的速率可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分。因此不适合做视频之类事情。

2.可靠性

在可靠性方面,Zigbee有很多方面进行保证。物理层采用了扩频技术,能够在一定程度上抵抗干扰MAC应用层(APS部分)有应答重传功能。
　　MAC层的CSMA机制使节点发送前先监听信道,可以起到避开干扰的作用。
　　当Zigbee网络受到外界干扰,无法正常工作时,整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上。
　　3.时延
    由于Zigbee采用随机接入MAC层,且不支持时分复用的信道接入方式,因此不能很好的支持一些实时的业务。
　　4.能耗特性

能耗特性是Zigbee的一个技术优势。通常Zigbee节点所承载的应用数据速率都比较低,在不需要通信时,节点可以进入很低功耗的休眠状态,此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。由于一般情况下,休眠时间占总运行时间的大部分,有时正常工作的时间还不到百分之一,因此达到很高的节能效果。
　　5.组网和路由性－－－－－－网络层特性
　　Zigbee大规模的组网能力－－－－－－－－每个网络60000个节点
　　bluetooth－－－－－－-每个网络8个节点。
　　因为Zigbee底层采用了直扩技术,如果采用非信标模式,网络可以扩展得很大,因为不需同步而且节点加入网络和重新加入网络的过程很快,一般可以做到1秒以内,甚至更快。
　　bluetooth通常需要3秒
　　在路由方面,Zigbee支持可靠性很高的网状网的路由,所以可以布置范围很广的网络,并支持多播和广播特性,能够给丰富的应用带来有力的支持。
【Zigbee的应用前景】
　　Zigbee 并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。Zigbee 联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50 个Zigbee 器件，最后将达到每个家庭150 个。据估计，到2007 年，Zigbee 市场价值将达到数亿美元。其应用领域主要包括：
　　◆家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；
　　◆工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；
　　◆商业：智慧型标签等；
　　◆公共场所：烟雾探测器等；
　　◆农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；
　　◆医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。
【Zigbee联盟】
　　Zigbee联盟是一个高速成长的非盈利业界组织，成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者。联盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。
　　Zigbee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。Zigbee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球的民用、商用、公共事业以及工业等市场。使得联盟会员可以利用Zigbee这个标准化无线网络平台，设计出简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。
　　Zigbee联盟所锁定的焦点为制定网络、安全和应用软件层；提供不同产品的协调性及互通性测试规格；在世界各地推广Zigbee品牌并争取市场的关注；管理技术的发展。
　　Zigbee联盟对Zigbee标准的制定：IEEE802.15.4的物理层、MAC层及数据链路层，标准已在2003年5月发布。Zigbee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。V1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于Zigbee不仅只是802.15.4的代名词，而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。

      据链路层，标准已在2003年5月发布。Zigbee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。V1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于Zigbee不仅只是802.15.4的代名词，而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。