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2024-06-24 編輯:中國門鎖網(wǎng) 來源:網(wǎng)絡 瀏覽數(shù):6273
ZigBee概述 ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低速率和低成本的雙向無線通信技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進...
ZigBee概述
ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低速率和低成本的雙向無線通信技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩R虼朔浅_m用于家用電器和小型電子設備的無線控制指令傳輸。
ZigBee技術采用DSSS(直接序列擴頻)擴頻技術, 使用的頻段分為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)和915IvIHz(美國),而且均為免收費的頻段。通信距離從標準的75米到幾百米、幾千米,并且支持無限擴展。
ZigBee譯為“紫蜂”,來源于蜜蜂的8字舞, 由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”( zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息,也就是說,蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。簡單來說,ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡,類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動網(wǎng)絡基站,最多可達6.5萬個。在整個網(wǎng)絡范圍內,每一個ZigB ee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊之間可以相互通信,每個網(wǎng)絡模塊間的距離可以從標準的75m無限擴展。簡而言之,ZigBee就是一種經(jīng)濟、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術,彌補了低成本、低功耗和低速率的無線通信市場的空缺,其成功的關鍵在于豐富而便捷的應用,而不是其技術本身。
ZigBee網(wǎng)絡定義了3種功能設備:網(wǎng)絡協(xié)調器、網(wǎng)絡路由器和網(wǎng)絡終端設備,其中,網(wǎng)絡協(xié)調器在ZigBee網(wǎng)絡中可以作為匯聚模塊。網(wǎng)絡協(xié)調器必須是全功能設備(個人無線局域網(wǎng)中的無線設備之一),一個2igBee網(wǎng)絡只有一個網(wǎng)絡協(xié)調器,它往往比網(wǎng)絡中其他模塊的功能更強大,是整個網(wǎng)絡的主控模塊。它負責發(fā)起建立新的網(wǎng)絡、設定網(wǎng)絡參數(shù)、管理網(wǎng)絡中的模塊以及存儲網(wǎng)絡中模塊信息等,網(wǎng)絡形成后也可以執(zhí)行網(wǎng)絡路由器的功能。ZigBee網(wǎng)絡中每個協(xié)調點最多可連接255個模塊,一個ZigBee網(wǎng)絡最多可容納65535個模塊。網(wǎng)絡協(xié)調器是3種功能設備中最為復雜的一種,一般由交流電源持續(xù)供電。
ZigBee技術在IEEE 802.15。4的推動下,不僅在工業(yè)、農業(yè)、軍事、環(huán)境和醫(yī)療等傳統(tǒng)領域取得了成功的應用,在未來其應用可能涉及人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領域,真正實現(xiàn)無處不在的網(wǎng)絡。. ZigBee技術是一組基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的,有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術標準,無線個人局域網(wǎng)工作組IEEE802.15.4技術標準是ZigBee技術的基礎, ZigBee技術建立在IEEE 802.15.4標準之上, IEEE 802.15.4只處理低級MAC層和物理層協(xié)議,ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。
到目前為止ZigBee技術主要是基于兩個標準,一個是ZigBee聯(lián)盟所制定的V1.0規(guī)范,另一個是IEEE 802.15.4工作組所制定的低速、近距離的無線個域網(wǎng)標準。V1.0規(guī)范是基于IEEE 802.15.4標準基礎之上的,兩個規(guī)范都滿足OSI參考模型。
ZigBee的底層技術基于IEEE 802.15.4, 即其物理層和媒體訪問控制層直接使用了IEEE802.15.4的定義。磁EE802.15.4規(guī)范是一種經(jīng)濟、高效、低數(shù)據(jù)速率(<25 0kbit/s)、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術,用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡。它是ZigBee應用層和網(wǎng)絡層協(xié)議囀壟側。ZigBeeHA協(xié)議是智能家居行業(yè)的統(tǒng)一標準。
ZigBee特點
LigUee仗術是一種無線連接技術, 傳輸速率分別是 250kbit/s ( 2.4GHz)、20kbit/s(868MHz)禾口40kbit/s (915MHz)。
作為一種無線通信技術,ZigBee具有如下特點,
1)功耗低。ZigBee網(wǎng)絡模塊設備工作周期較短、傳輸數(shù)據(jù)量很小,且使用了休眠模式(當不需接收數(shù)據(jù)時處于休眠狀態(tài),需要接收數(shù)據(jù)時由“協(xié)調器”喚醒它們)。因此,ZigBee模塊非常省電,兩節(jié)5號干電池可支持1個模塊工作6- 24個月,甚至更長。這是2igBee的突出優(yōu)勢。
2)成本低。-由于ZigBee協(xié)議棧設計非常簡單,所以其研發(fā)和生產(chǎn)成本較低。普通網(wǎng)絡模塊硬件只需8位微處理器,4- 32KB的ROM,且軟件實現(xiàn)也很簡單。ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計能降到1.5- 2.5美元之間,且ZigBee協(xié)議是免專利費的,低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。
3)可靠性高。ZigBee采用了CSMA/CA碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制,每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。所以從根本上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴H绻麄鬏斶^程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。
4)時延短。ZigBee技術與藍牙技術的時延相比,其各項指標值都非常小。通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,而藍牙為3~10s。休眠激活時延為15ms,活動設備信道接入時延為15rns。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。
5)網(wǎng)絡容量大。相比于藍牙網(wǎng)絡只支持7個從設備的連接,一個星型結構的ZigBee網(wǎng)絡最多可以容納一個主設備和254個從設備, 一個區(qū)域內最多可以同時存在100個ZigBee網(wǎng)絡,這樣,最多可組成65000個模塊的大網(wǎng),網(wǎng)絡容量大,組網(wǎng)靈活。
6)安全性好。ZigBee提供了三級安全模式。第一級實際上是無安全方式,對于某種應用,如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護,器件就可以選擇這種方式來轉移數(shù)據(jù);對于第二級安全級別,器件可以使用接入控制清單(ACL)來防止非法器件獲取數(shù)據(jù),在這一級不采取加密措施;第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉移中采用屬于高級加密標準( AES)的對稱密碼,AES可以用來保護數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件,以靈活地確定其安全性。
7)有效范圍小。ZigBee有效覆蓋范圍10—75m之間,具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定,基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。
8)兼容性好。ZigBee技術與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡標準無縫集成。通過網(wǎng)絡協(xié)調器自動建立網(wǎng)絡,采用載波偵聽/沖突檢測( CSMACA)方式進行信道接入。為了可靠傳遞,還提供全握手協(xié)議。
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