簡析Zigbee技術(shù)的如何實(shí)現(xiàn)及性能優(yōu)勢

Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)不僅可以“無限”擴(kuò)展開來，而且還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。

ZigBee通過自組網(wǎng)的方式，以協(xié)調(diào)器為核心（主要起構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)和中心節(jié)點(diǎn)的作用），其他節(jié)點(diǎn)自由加入其構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，默認(rèn)組的是mesh網(wǎng)絡(luò)，自愈性強(qiáng)，組網(wǎng)容量大，如F8913D ZigBee模塊或者F8914-E ZigBee終端，可以實(shí)現(xiàn)最大100-255個(gè)節(jié)點(diǎn)互相通信。最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)到2KM（海邊空曠無遮擋環(huán)境），在筆直高速公路上測試也可以達(dá)到600-800米。

每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD和RFD）可以可支持多到31個(gè)的傳感器和受控設(shè)備，每一個(gè)傳感器和受控設(shè)備終可以有8種不同的接口方式。可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢就是可以自由組網(wǎng)，且不產(chǎn)生運(yùn)營費(fèi)用。但由于其使用的是2。4G高頻傳輸，其穿透性及傳輸距離都受到制約。實(shí)際傳輸距離幾十米到幾百米。

低功耗

由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，在低耗電待機(jī)模式下，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號(hào)電池就可以維持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時(shí)；這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。

成本低

通過大幅簡化協(xié)議是成本很低（不足藍(lán)牙的1/10），降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元，ZigBee協(xié)議還比較機(jī)智地使用免專利費(fèi)技術(shù)。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。

短時(shí)延

ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3-10s、WiFi需要3s。設(shè)備激活快，點(diǎn)播中的消息確認(rèn)是微秒級(jí)別。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制（如工業(yè)控制場合等）應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)容量大

ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，一個(gè)星狀結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)， 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理 并且在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多可以有65000個(gè)節(jié)點(diǎn)連接。

實(shí)際CC2530組建的網(wǎng)絡(luò)基本能達(dá)到100個(gè)節(jié)點(diǎn)?！熬G野千傳”項(xiàng)目成功部署了1000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

可靠

采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。CSMA-CA，校驗(yàn)以及自動(dòng)的路由修復(fù)都保證了zigbee的無線通信是相對(duì)可靠的。

安全

ZigBee提供了基于循環(huán)沉余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

自組織和自愈性

協(xié)調(diào)器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，有節(jié)點(diǎn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)可以自我修復(fù)。