基于ZigBee的短距離無線通信網(wǎng)絡技術

一、引言

近年來，各種無線通信技術迅猛發(fā)展，極大提高了人們的工作效率和生活質量。然而，在日常生活中，我們仍然被各種電纜所束縛，能否在近距離范圍內實現(xiàn)各種設備之間的無線通信?縱觀目前發(fā)展較成熟的幾大無線通信技術，往往比較復雜，不但耗費較多資源，成本也比較高，并不適用于短距離無線通信的場合。藍牙技術的出現(xiàn)使得短距離無線通信成為可能，但是其協(xié)議較復雜、功耗高、成本高等特點不太適用于要求低成本、低功耗的工業(yè)控制和家庭網(wǎng)絡。本文介紹了一種復雜度、成本和功耗都很低的低速率短距離無線接入技術――ZigBee。該技術主要針對低速率傳感器網(wǎng)絡而提出，它能夠滿足小型化、低成本設備(如溫度調節(jié)裝置、照明控制器、環(huán)境檢測傳感器等)的無線聯(lián)網(wǎng)要求，能廣泛地應用于工業(yè)、農業(yè)和日常生活中。

二、ZigBee技術的特點及應用

ZigBee技術主要用于無線個域網(wǎng)(WPAN)，是基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的。IEEE802.15.4定義了兩個底層，即物理層和媒體接入控制(MediaAccess Control，MAC)層;ZigBee聯(lián)盟則在IEEE 802.15.4的基礎上定義了網(wǎng)絡層和應用層。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月，該聯(lián)盟由Invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦等公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設備公司和開發(fā)商的加入，其目標市場是工業(yè)、家庭以及醫(yī)學等需要低功耗、低成本、對數(shù)據(jù)速率和QoS(服務質量)要求不高的無線通信應用場合。

ZigBee這個名字來源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。與其它無線通信協(xié)議相比，ZigBee無線協(xié)議復雜性低、對資源要求少，主要有以下特點：

低功耗：這是ZigBee的一個顯著特點。由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低、以及采用了休眠機制，ZigBee終端僅需要兩節(jié)普通的五號干電池就可以工作六個月到兩年。

低成本：協(xié)議簡單且所需的存儲空間小，這極大降低了ZigBee的成本，每塊芯片的價格僅2美元，而且ZigBee協(xié)議是免專利費的。

時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設備搜索時延為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms。這樣一方面節(jié)省了能量消耗，另一方面更適用于對時延敏感的場合，例如一些應用在工業(yè)上的傳感器就需要以毫秒的速度獲取信息，以及安裝在廚房內的煙霧探測器也需要在盡量短的時間內獲取信息并傳輸給網(wǎng)絡控制者，從而阻止火災的發(fā)生。

傳輸范圍小：在不使用功率放大器的前提下，ZigBee節(jié)點的有效傳輸范圍一般為10-75m，能覆蓋普通的家庭和辦公場所。

數(shù)據(jù)傳輸速率低：2.4GHz頻段為250kb/s，915MHz頻段為40kb/s，868MHz頻段只有20kb/s。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂捎赯igBee采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，從而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用完全確認的數(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，保證了節(jié)點之間傳輸信息的高可靠性。

ZigBee的出現(xiàn)將給人們的工作和生活帶來極大的方便和快捷，它以其低功耗、低速率、低成本的技術優(yōu)勢，適合的應用領域主要有：

家庭和建筑物的自動化控制：照明、空調、窗簾等家具設備的遠程控制以使其更加節(jié)能、便利，煙塵、有毒氣體探測器等可自動監(jiān)測異常事件以提高安全性;

消費性電子設備：電視、DVD、CD機等電器的遠程遙控(含ZigBee功能的手機就可以支持主要遙控器功能)。