基于ZigBee的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

一、引言

近年來(lái)，各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)迅猛發(fā)展，極大提高了人們的工作效率和生活質(zhì)量。然而，在日常生活中，我們仍然被各種電纜所束縛，能否在近距離范圍內實(shí)現各種設備之間的無(wú)線(xiàn)通信?縱觀(guān)目前發(fā)展較成熟的幾大無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，往往比較復雜，不但耗費較多資源，成本也比較高，并不適用于短距離無(wú)線(xiàn)通信的場(chǎng)合。藍牙技術(shù)的出現使得短距離無(wú)線(xiàn)通信成為可能，但是其協(xié)議較復雜、功耗高、成本高等特點(diǎn)不太適用于要求低成本、低功耗的工業(yè)控制和家庭網(wǎng)絡(luò )。本文介紹了一種復雜度、成本和功耗都很低的低速率短距離無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)――ZigBee。該技術(shù)主要針對低速率傳感器網(wǎng)絡(luò )而提出，它能夠滿(mǎn)足小型化、低成本設備(如溫度調節裝置、照明控制器、環(huán)境檢測傳感器等)的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)要求，能廣泛地應用于工業(yè)、農業(yè)和日常生活中。

二、ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)及應用

ZigBee技術(shù)主要用于無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)，是基于IEEE802.15.4無(wú)線(xiàn)標準研制開(kāi)發(fā)的。IEEE802.15.4定義了兩個(gè)底層，即物理層和媒體接入控制(MediaAccess Control，MAC)層;ZigBee聯(lián)盟則在IEEE 802.15.4的基礎上定義了網(wǎng)絡(luò )層和應用層。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月，該聯(lián)盟由Invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦等公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無(wú)線(xiàn)設備公司和開(kāi)發(fā)商的加入，其目標市場(chǎng)是工業(yè)、家庭以及醫學(xué)等需要低功耗、低成本、對數據速率和QoS(服務(wù)質(zhì)量)要求不高的無(wú)線(xiàn)通信應用場(chǎng)合。

ZigBee這個(gè)名字來(lái)源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過(guò)跳Zigzag形狀的舞蹈來(lái)交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。與其它無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議相比，ZigBee無(wú)線(xiàn)協(xié)議復雜性低、對資源要求少，主要有以下特點(diǎn)：

低功耗：這是ZigBee的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)。由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低、以及采用了休眠機制，ZigBee終端僅需要兩節普通的五號干電池就可以工作六個(gè)月到兩年。

低成本：協(xié)議簡(jiǎn)單且所需的存儲空間小，這極大降低了ZigBee的成本，每塊芯片的價(jià)格僅2美元，而且ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費的。

時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設備搜索時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設備信道接入時(shí)延為15ms。這樣一方面節省了能量消耗，另一方面更適用于對時(shí)延敏感的場(chǎng)合，例如一些應用在工業(yè)上的傳感器就需要以毫秒的速度獲取信息，以及安裝在廚房?jì)鹊臒熿F探測器也需要在盡量短的時(shí)間內獲取信息并傳輸給網(wǎng)絡(luò )控制者，從而阻止火災的發(fā)生。

傳輸范圍?。涸诓皇褂霉β史糯笃鞯那疤嵯?，ZigBee節點(diǎn)的有效傳輸范圍一般為10-75m，能覆蓋普通的家庭和辦公場(chǎng)所。

數據傳輸速率低：2.4GHz頻段為250kb/s，915MHz頻段為40kb/s，868MHz頻段只有20kb/s。

數據傳輸的可靠性由于ZigBee采用了碰撞避免機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙，從而避免了發(fā)送數據時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用完全確認的數據傳輸機制，每個(gè)發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息，保證了節點(diǎn)之間傳輸信息的高可靠性。

ZigBee的出現將給人們的工作和生活帶來(lái)極大的方便和快捷，它以其低功耗、低速率、低成本的技術(shù)優(yōu)勢，適合的應用領(lǐng)域主要有：

家庭和建筑物的自動(dòng)化控制：照明、空調、窗簾等家具設備的遠程控制以使其更加節能、便利，煙塵、有毒氣體探測器等可自動(dòng)監測異常事件以提高安全性;

消費性電子設備：電視、DVD、CD機等電器的遠程遙控(含ZigBee功能的手機就可以支持主要遙控器功能)。