ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)最適合智能家居，那么智能照明呢？

智能照明漸成趨勢，不少LED企業(yè)都投身到智慧照明領(lǐng)域，然而，智能照明用的通信協(xié)議卻分很多種，且相互不兼容。那么那一種協(xié)議最適合用于智能照明呢?有人說(shuō)是Zigbee......

Zigbee的起源

Zigbee，在中國被譯為“紫蜂”，它與藍牙相類(lèi)似.是一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)用于傳感控制應用(sensor and control)。此想法在IEEE 802.15工作組中提出，于是成立了TG4工作組，并制定規范IEEE 802.15.4。

2002年，zigbee Alliance成立。

2004年，zigbee V1.0誕生，它是zigbee的第一個(gè)規范，但由于推出倉促，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(shù)基于 IEEE 802.15.4，物理層和MAC層直接引用了IEEE 802.15.4。

在藍牙技術(shù)的使用過(guò)程中，人們發(fā)現藍牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)、家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測遙控領(lǐng)域而言，藍牙技術(shù)顯得太復雜、功耗大、距離近、組網(wǎng)規模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化控制對無(wú)線(xiàn)數據通信的需求越來(lái)越強烈，而且，對于工業(yè)現場(chǎng)，這種無(wú)線(xiàn)數據傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現場(chǎng)的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過(guò)人們長(cháng)期努力，Zigbee協(xié)議在2003年正式問(wèn)世。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)議Home RF Lite。

長(cháng)期以來(lái)，低價(jià)、低傳輸率、短距離、低功率的無(wú)線(xiàn)通訊市場(chǎng)一直存在著(zhù)。自從Bluetooth出現以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是Bluetooth的售價(jià)一直居高不下，嚴重影響了這些廠(chǎng)商的使用意愿。

如今，這些業(yè)者都參加了IEEE802.15.4小組，負責制定ZigBee的物理層和媒體介入控制層。IEEE802.15.4規范是一種經(jīng)濟、高效、低數據速率(250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，用于個(gè)人區域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡(luò )。它是ZigBee應用屋和網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的基礎。

ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，它是一種介于無(wú)線(xiàn)標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接。它依據802.15.4標準，在數千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調實(shí)現通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數據從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。

Zigbee無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )描述

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Zigbee是一種高可靠的無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )，類(lèi)似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò )。Zigbee數傳模塊類(lèi)似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴展。

Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )平臺，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍內，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )數傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的距離可以從標準的75m無(wú)限擴展。

與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò )主要是為工業(yè)現場(chǎng)自動(dòng)化控制數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。

每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數據采集和監控，還可以自動(dòng)中轉別的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數據資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個(gè)不承擔網(wǎng)絡(luò )信息中轉任務(wù)的孤立的子節點(diǎn)(RFD)無(wú)線(xiàn)連接。

Zigbee采用的自組織網(wǎng)通信方式

zigbee技術(shù)所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事?舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，當一隊傘兵空降后，每人持有一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò )模塊的通信范圍內，通過(guò)彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò )。而且，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò )還會(huì )發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過(guò)重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò )，對原有網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來(lái)通信?

網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)際工業(yè)現場(chǎng)，由于各種原因，往往并不能保證每一個(gè)無(wú)線(xiàn)通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車(chē)禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車(chē)輛(相當于我們的控制數據)仍然可以通過(guò)其他道路到達目的地。而這一點(diǎn)對工業(yè)現場(chǎng)控制而言則非常重要。

為什么自組織網(wǎng)要采用動(dòng)態(tài)路由的方式?

所謂“動(dòng)態(tài)路由”是指網(wǎng)絡(luò )中數據傳輸的路徑并不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )當時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數據傳輸。在我們的網(wǎng)絡(luò )管理軟件中，路徑的選擇使用的是“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進(jìn)行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點(diǎn)的通路進(jìn)行傳輸，以此類(lèi)推，直到數據送達目的地為止。在實(shí)際工業(yè)現場(chǎng)，預先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過(guò)于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送。動(dòng)態(tài)路由結合網(wǎng)狀拓撲結構，就可以很好解決這個(gè)問(wèn)題，從而保證數據的可靠傳輸。

Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢

①低功耗。

在低耗電待機模式下，2 節5 號干電池可支持1個(gè)節點(diǎn)工作6～24個(gè)月，甚至更長(cháng)。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時(shí)?，F在，TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee節點(diǎn)。該節點(diǎn)采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機給TI公司的Zigbee提供電源。

②低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍牙的1/10) ，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節點(diǎn)少至4KB代碼，而且Zigbee免協(xié)議專(zhuān)利費。每塊芯片的價(jià)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(mǎn)足低速率傳輸數據的應用需求。

④近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間，在增加RF 發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。

⑤短時(shí)延。Zigbee 的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15 ms ，節點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )只需30 ms，進(jìn)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(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，由一個(gè)主節點(diǎn)管理若干子節點(diǎn)，最多一個(gè)主節點(diǎn)可管理254 個(gè)子節點(diǎn);同時(shí)主節點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)管理，最多可組成65000 個(gè)節點(diǎn)的大網(wǎng)。

⑦高安全。Zigbee 提供了三級安全模式，包括無(wú)安全設定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES 128) 的對稱(chēng)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(yè)科學(xué)醫療( ISM) 頻段，2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。