ZigBee無線技術最適合智能家居,那智能照明呢?
發布時間:2016-03-17 責任編輯:susan
【導讀】智能照明漸成趨勢,不少LED企qi業ye都dou投tou身shen到dao智zhi慧hui照zhao明ming領ling域yu,然ran而er,智zhi能neng照zhao明ming用yong的de通tong信xin協xie議yi卻que分fen很hen多duo種zhong,且qie相xiang互hu不bu兼jian容rong。那na麼me那na一yi種zhong協xie議yi最zui適shi合he用yong於yu智zhi能neng照zhao明ming呢ne?有you人ren說shuo是shiZigbee。
Zigbee的起源
Zigbee,在中國被譯為“紫蜂”,它與藍牙相類似.是一種新興的短距離無線技術用於傳感控製應用(sensor and control)。此想法在IEEE 802.15工作組中提出,於是成立了TG4工作組,並製定規範IEEE 802.15.4。
2002年,zigbee Alliance成立。
2004年,zigbee V1.0誕生,它是zigbee的第一個規範,但由於推出倉促,存在一些錯誤。
2006年,推出zigbee 2006,比較完善。
2007年底,zigbeePRO推出zigbee的底層技術基於 IEEE 802.15.4,物理層和MAC層直接引用了IEEE 802.15.4。

在藍牙技術的使用過程中,人們發現藍牙技術盡管有許多優點,但仍存在許多缺陷。對工業、家庭自動化控製和工業遙測遙控領域而言,藍牙技術顯得太複雜、功耗大、距離近、組(zu)網(wang)規(gui)模(mo)太(tai)小(xiao)等(deng),而(er)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)對(dui)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)的(de)需(xu)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)烈(lie),而(er)且(qie),對(dui)於(yu)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang),這(zhe)種(zhong)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)必(bi)須(xu)是(shi)高(gao)可(ke)靠(kao)的(de),並(bing)能(neng)抵(di)抗(kang)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)的(de)各(ge)種(zhong)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。因(yin)此(ci),經(jing)過(guo)人(ren)們(men)長(chang)期(qi)努(nu)力(li),Zigbee協議在2003年正式問世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究過的麵向家庭網絡的通信協議Home RF Lite。
長期以來,低價、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。自從Bluetooth出現以後,曾讓工業控製、家用自動控製、玩具製造商等業者雀躍不已,但是Bluetooth的售價一直居高不下,嚴重影響了這些廠商的使用意願。
如今,這些業者都參加了IEEE802.15.4小組,負責製定ZigBee的物理層和媒體介入控製層。IEEE802.15.4規範是一種經濟、高效、低數據速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術,用於個人區域網和對等網絡。它是ZigBee應用屋和網絡層協議的基礎。
ZigBee是一種新興的近距離、低複雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術,它是一種介於無線標記技術和藍牙之間的技術提案,主要用於近距離無線連接。它依據802.15.4標準,在數千個微小的傳感器之(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)協(xie)調(tiao)實(shi)現(xian)通(tong)信(xin)。這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)隻(zhi)需(xu)要(yao)很(hen)少(shao)的(de)能(neng)量(liang),以(yi)接(jie)力(li)的(de)方(fang)式(shi)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)將(jiang)數(shu)據(ju)從(cong)一(yi)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)傳(chuan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi),所(suo)以(yi)它(ta)們(men)的(de)通(tong)信(xin)效(xiao)率(lv)非(fei)常(chang)高(gao)。
Zigbee無線數據傳輸網絡描述
簡單來說,Zigbee是一種高可靠的無線數傳網絡,類似於CDMA和GSM網絡。Zigbee數傳模塊類似於移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公裏,並且支持無限擴展。
Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平台,在整個網絡範圍內,每一個Zigbee網絡數傳模塊之間可以相互通信,每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。
與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是,Zigbee網(wang)絡(luo)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)而(er)建(jian)立(li),因(yin)而(er),它(ta)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)簡(jian)單(dan),使(shi)用(yong)方(fang)便(bian),工(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao),價(jia)格(ge)低(di)的(de)特(te)點(dian)。而(er)移(yi)動(dong)通(tong)信(xin)網(wang)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)語(yu)音(yin)通(tong)信(xin)而(er)建(jian)立(li),每(mei)個(ge)基(ji)站(zhan)價(jia)值(zhi)一(yi)般(ban)都(dou)在(zai)百(bai)萬(wan)元(yuan)人(ren)民(min)幣(bi)以(yi)上(shang),而(er)每(mei)個(ge)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。
每個Zigbee網wang絡luo節jie點dian不bu僅jin本ben身shen可ke以yi作zuo為wei監jian控kong對dui象xiang,例li如ru其qi所suo連lian接jie的de傳chuan感gan器qi直zhi接jie進jin行xing數shu據ju采cai集ji和he監jian控kong,還hai可ke以yi自zi動dong中zhong轉zhuan別bie的de網wang絡luo節jie點dian傳chuan過guo來lai的de數shu據ju資zi料liao。除chu此ci之zhi外wai,每mei一yi個geZigbee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的範圍內,和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

Zigbee采用的自組織網通信方式
zigbee技術所采用的自組織網是怎麼回事?舉一個簡單的例子就可以說明這個問題,當一隊傘兵空降後,每人持有一個ZigBee網絡模塊終端,降落到地麵後,隻要他們彼此間在網絡模塊的通信範圍內,通過彼此自動尋找,很快就可以形成一個互聯互通的ZigBee網wang絡luo。而er且qie,由you於yu人ren員yuan的de移yi動dong,彼bi此ci間jian的de聯lian絡luo還hai會hui發fa生sheng變bian化hua。因yin而er,模mo塊kuai還hai可ke以yi通tong過guo重zhong新xin尋xun找zhao通tong信xin對dui象xiang,確que定ding彼bi此ci間jian的de聯lian絡luo,對dui原yuan有you網wang絡luo進jin行xing刷shua新xin。這zhe就jiu是shi自zi組zu織zhi網wang。
ZigBee技術為什麼要使用自組織網來通信?
網wang狀zhuang網wang通tong信xin實shi際ji上shang就jiu是shi多duo通tong道dao通tong信xin,在zai實shi際ji工gong業ye現xian場chang,由you於yu各ge種zhong原yuan因yin,往wang往wang並bing不bu能neng保bao證zheng每mei一yi個ge無wu線xian通tong道dao都dou能neng夠gou始shi終zhong暢chang通tong,就jiu像xiang城cheng市shi的de街jie道dao一yi樣yang,可ke能neng因yin為wei車che禍huo,道dao路lu維wei修xiu等deng,使shi得de某mou條tiao道dao路lu的de交jiao通tong出chu現xian暫zan時shi中zhong斷duan,此ci時shi由you於yu我wo們men有you多duo個ge通tong道dao,車che輛liang(相當於我們的控製數據)仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業現場控製而言則非常重要。
為什麼自組織網要采用動態路由的方式?
所謂“動態路由”是(shi)指(zhi)網(wang)絡(luo)中(zhong)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)路(lu)徑(jing)並(bing)不(bu)是(shi)預(yu)先(xian)設(she)定(ding)的(de),而(er)是(shi)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)前(qian),通(tong)過(guo)對(dui)網(wang)絡(luo)當(dang)時(shi)可(ke)利(li)用(yong)的(de)所(suo)有(you)路(lu)徑(jing)進(jin)行(xing)搜(sou)索(suo),分(fen)析(xi)它(ta)們(men)的(de)位(wei)置(zhi)關(guan)係(xi)以(yi)及(ji)遠(yuan)近(jin),然(ran)後(hou)選(xuan)擇(ze)其(qi)中(zhong)的(de)一(yi)條(tiao)路(lu)徑(jing)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)。在(zai)我(wo)們(men)的(de)網(wang)絡(luo)管(guan)理(li)軟(ruan)件(jian)中(zhong),路(lu)徑(jing)的(de)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)“梯度法”,即(ji)先(xian)選(xuan)擇(ze)路(lu)徑(jing)最(zui)近(jin)的(de)一(yi)條(tiao)通(tong)道(dao)進(jin)行(xing)傳(chuan)輸(shu),如(ru)傳(chuan)不(bu)通(tong),再(zai)使(shi)用(yong)另(ling)外(wai)一(yi)條(tiao)稍(shao)遠(yuan)一(yi)點(dian)的(de)通(tong)路(lu)進(jin)行(xing)傳(chuan)輸(shu),以(yi)此(ci)類(lei)推(tui),直(zhi)到(dao)數(shu)據(ju)送(song)達(da)目(mu)的(de)地(di)為(wei)止(zhi)。
在zai實shi際ji工gong業ye現xian場chang,預yu先xian確que定ding的de傳chuan輸shu路lu徑jing隨sui時shi都dou可ke能neng發fa生sheng變bian化hua,或huo者zhe因yin各ge種zhong原yuan因yin路lu徑jing被bei中zhong斷duan了le,或huo者zhe過guo於yu繁fan忙mang不bu能neng進jin行xing及ji時shi傳chuan送song。動dong態tai路lu由you結jie合he網wang狀zhuang拓tuo撲pu結jie構gou,就jiu可ke以yi很hen好hao解jie決jue這zhe個ge問wen題ti,從cong而er保bao證zheng數shu據ju的de可ke靠kao傳chuan輸shu。
Zigbee自身的技術優勢
①低功耗。
在低耗電待機模式下,2 節5 號幹電池可支持1個節點工作6~24個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優勢。相比較,藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。現在,TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee節點。該節點采用Micropelt公司的熱電發電機給TI公司的Zigbee提供電源。
②低成本。通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10) ,降低了對通信控製器的要求,按預測分析,以8051的8位微控製器測算,全功能的主節點需要32KB代碼,子功能節點少至4KB代碼,而且Zigbee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。
③ 低速率。Zigbee工作在20~250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求。
④近距離。傳輸範圍一般介於10~100 m 之間,在增加RF 發射功率後,亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。
⑤短時延。Zigbee 的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態隻需15 ms ,節點連接進入網絡隻需30 ms,進一步節省了電能。相比較,藍牙需要3~10 s、WiFi 需要3 s。
⑥高容量。Zigbee 可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節點管理若幹子節點,最多一個主節點可管理254 個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,最多可組成65000 個節點的大網。
⑦高安全。Zigbee 提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用接入控製清單(ACL) 防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。
⑧免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。
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