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ZigBee技术概述、优势及应用

菜鸟
2007-09-15 20:29:02     打赏

ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的,有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。它不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,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。

  完整的Zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定,IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。

  应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上,具体而言包括:

  (1)安全与鉴权;

  (2)多个业务数据流的会聚;

  (3)设备发现;

  (4)业务发现。

  网络层将主要考虑采用基于ad hoc技术的网络协议,应包含以下功能:

  (1)通用的网络层功能:拓扑结构的搭建和维护,命名和关联业务,包含了寻址、路由和安全;

  (2)同IEEE802.15.4标准一样,非常省电;

  (3)有自组织、自维护功能,以最大程度减少消费者的开支和维护成本。

  相对于常见的无线通信标准,Zigbee协议套件紧凑而简单,其具体实现的要求很低,以下是Zigbee协议套件的需求估计:

  (1)8位处理器,如80c51;

  (2)协议套件软件需要32kbytes的ROM;

  (3)最小协议套件软件大约4kbytes的ROM;

  (4)网络主节点需要更多的RAM,以容纳网络内所有节点的设备信息、数据包转发表、设备关联表、与安全有关的密钥存储等。

  2.3 整个协议构架

  在标准制定的分工上,由ZigBee Alliance与IEEE 802.15.4的任务小组共同制定,其中实体层、MAC层、资料链结层,以及传输过程中的资料加密机制等发展由IEEE所主导,并共同针对ZigBee Protocol Stack的发展进行研讨,而未来还能依系统客户的需求,为不同应用修正其所需之应用介面:
ZigBee技术的优势及应用 

         IEEE 802.15.4和ZigBee从一开始就被设计用来构建包括恒温装置,安全装置和煤气读数表等设备的无线网络。这是由其主要技术优势决定的:  
  1.数据传输速率低:只有10k字节/秒到250k字节/秒,专注于低传输应用。
  2.功耗低:在低耗电待机模式下,两节普通5号干电池可使用6个月到2年,免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。  
  3.成本低:ZigBee数据传输速率低,协议简单,所以大大降低了成本。且免收专利费。  
  4.网络容量大:每个ZigBee网络最多可支持255个设备。  
  5.时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。  
  6.安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用AES-128加密算法。  
  7.有效范围小:有效覆盖范围10~75米之间,具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定,基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。  
  8.工作频段灵活:使用频段为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国),均为免执照频段。
  
  与之相反,蓝牙技术基本上只是设计作为有线的替代品,经常是为手机和附近的耳机或PDA联网用的。它可以在不充电的情况下工作几周,但无法工作几个月,更不用说几年了;
  
  一般情况下,蓝牙设备需要人手配置和维护网络连接;它可以用来有效地处理8个设备(一个主设备和7个从设备),如果更多的话,通讯速率则显著下降。  
  而802.11, 也被称作Wi-Fi也有类似的问题。虽然它是将笔记本和桌面电脑接入有线网络的很好的解决方案,但它的功耗却非常高。 
 
  ZigBee 可能应用及市场发展:
  
  ZigBee的出发点是希望能发展一种易布建的低成本无线网络,同时其低耗电性将使产品的电池能维持6个月到数年的时间。在产品发展的初期,将以工业或企业市场的感应式网路为主,提供感应辨识、灯光与安全控制等功能,再逐渐将目前市场拓展至家庭中的应用。通常符合以下条件之一的应用,就可以考虑采用ZigBee技术:  
  1.设备成本很低,传输的数据量很小;  
  2.设备体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块;  
  3.没有充足的电力支持,只能使用一次性电池;  
  4.频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难;  
  5.需要较大范围的通信覆盖,网络中的设备非常多,但仅仅用于监测或控制。
  
  根据ZigBee Alliance的观点,一般家庭可将ZigBee应用于以下装置:  
  1.空调系统的温度控制器, 灯光、窗帘的自动控制;  
  2.老年人与行动不便者的紧急呼叫器;  
  3.电视与音响的万用遥控器, 无线键盘、滑鼠、摇杆,玩具;  
  4.烟雾侦测器;  
  5.智慧型标签。




关键词: ZigBee     技术     概述     优势     应用     协议     网络         

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