Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率非常高。最后，這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入計(jì)算機(jī)用于分析或者被另外一種無線技術(shù)如WiMax收集。
Zigbee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4(如下圖1所示)，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)(Personal Area Network，PAN)工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE802.15.4(Zigbee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
Zigbee不僅只是802.15.4的名字。IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化(如下圖2所示)。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點(diǎn)，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。Zigbee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)獲得。
Zigbee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟“Zigbee聯(lián)盟”，以研發(fā)名為“Zigbee”的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。
到目前為止，除了Invensys、三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等國際知名的大公司外，該聯(lián)盟大約已有20多家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、IP服務(wù)提供商、消費(fèi)類電子廠商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工業(yè)控制和家用自動化公司，甚至還有像Mattel之類的玩具公司。所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)Zigbee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4工作組。
根據(jù)Zigbee聯(lián)盟目前的設(shè)想，Zigbee的目標(biāo)市場主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費(fèi)類電子設(shè)備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等非常廣闊的領(lǐng)域。
政府的計(jì)劃給了Zigbee更多的空間，顯示了對其無比的信心。據(jù)報道，美國能源部已經(jīng)決定雇傭Honeywell International Inc.公司，希望通過使用Zigbee傳感器能夠在鋼鐵、鋁以及其他六個行業(yè)中將這些能源的成本降低15%。通過安裝在Alcoa，Dow Chemical，以及ExxonMobil等公司管道系統(tǒng)中傳感器，實(shí)時追蹤監(jiān)測產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的氣體使用情況。
Zigbee技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下幾個部分:
數(shù)據(jù)傳輸速率低:只有10k字節(jié)/秒到250k字節(jié)/秒，專注于低傳輸應(yīng)用;
功耗低:在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月到2年，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是Zigbee的支持者所一直引以為豪的獨(dú)特優(yōu)勢;
成本低:因?yàn)閆igbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。且Zigbee協(xié)議免收專利費(fèi)。
時延短:通常時延都在15毫秒至30毫秒之間;
安全:Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時可以靈活確定其安全屬性;
網(wǎng)絡(luò)容量大:每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備，也就是說，每個Zigbee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接;
優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰?ZigBee具有星、樹和叢網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力。ZigBee設(shè)備實(shí)際上具有無線網(wǎng)路自愈能力,能簡單地覆蓋廣闊圍;
有效范圍小:有效覆蓋范圍10～75米之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境;
工作頻段靈活:使用的頻段分別為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執(zhí)照頻段。
更重要的是，預(yù)測未來6到7年內(nèi)，家庭用戶將占有Zigbee2/3的市場。在可以預(yù)期的將來，Zigbee無線傳感將切實(shí)改變你我的生活。
不過，電路也有一些局限性。首先，它只能接受單極的輸入電壓，這可能限制它在某些應(yīng)用中的使用。其次，最小電阻值為R1的值加上晶體管的最小導(dǎo)通電阻。其它限制因素包括：運(yùn)放漂移、R2和R3的值，以及輸入電壓都影響著電路的線性度，但此電路仍能以低成本元件獲得高性能。根據(jù)運(yùn)放的輸入電壓范圍，該電路需要外接一個雙電源。圖2給出了測試與完成的電路，它用一只電位計(jì)改變等效電阻，功率晶體管不需要散熱器。
為理解電路的工作原理，假定運(yùn)放為理想運(yùn)放，R2與R3的總電阻超過大功率電阻的阻值(未顯示)。R2與R3構(gòu)成一個分壓器，提供一個輸出電壓，如下式：
運(yùn)放維持一個電壓，使R1的電壓等于基準(zhǔn)電壓，通過R1的電流為：
將第一個公式代入第二個公式，得：
如果忽略通過R2與R3的電流，則R1的電流等于輸入電流，如下式：
此公式表明在輸入電流與輸入電壓之間存在一個線性關(guān)系。因此，P1與P2之間的電路就起到一只電阻的作用。于是公式變?yōu)椋?/p>
其中，k=(R2+R3)/R2是一個大于1的因數(shù)，它乘以R1。改變R2或R3變量，可以使電路成為一只可變電阻。采用適當(dāng)?shù)木w管與R1，再加上剩余的元件，其成本也小于一只可變電位計(jì)，而功耗差不多。
下載文檔
