Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)、產(chǎn)品及其應(yīng)用淺析

　　一.了解ZigBee

　　Zigbee是基于網(wǎng)絡(luò)底層802.15.4的短距離數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議.在2002年成立的Zigbee聯(lián)盟,當(dāng)協(xié)議發(fā)展到2007版時(shí),各層協(xié)議都已經(jīng)趁于完善.Zigbee網(wǎng)絡(luò)適用于區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,可通過網(wǎng)關(guān)等設(shè)備,與以太網(wǎng)/GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接,完美實(shí)現(xiàn)低成本遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用.

　　Zigbee具有以下特點(diǎn):

　?、僮詣?dòng)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)容量大。Zigbee網(wǎng)絡(luò)可容納多達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)之間都可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。網(wǎng)絡(luò)有星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在有模塊加入和撤出時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)修復(fù)功能。

　?、诰W(wǎng)絡(luò)時(shí)延短。Zigbee的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要3～10s、WiFi需要3s。

　?、勰K功耗低,通訊速率低。模塊最有較小的發(fā)送接收電流,支持多種睡眠模式,一個(gè)10AH的電池,在Zigbee水表中可使用8年.Zigbee通訊速度最高可達(dá)250Kbps,適合用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，不太適合用于聲音、圖像的傳送。

　?、軅鬏斁嚯x可擴(kuò)展。舉例DIGI的XBEE增強(qiáng)型模塊，相鄰模塊通訊距離可達(dá)1.6Km,有效距離范圍內(nèi)的模塊自動(dòng)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)可自由通訊,這樣傳輸距離得到了擴(kuò)展.

　?、莩杀镜?。Zigbee模塊工作于2.4G全球免費(fèi)頻段,故只需要先期的模塊費(fèi)用,無(wú)需支付持續(xù)使用費(fèi)用.若采用豐寶代理的DIGI公司的Zigbee模塊,則可無(wú)需再次開發(fā),通過TTL的RX,TX便可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送接收,大量減少了產(chǎn)品開發(fā)周期,獲得了更好的市場(chǎng)先機(jī).

　?、蘅煽啃院?安全性高。Zigbee具有可靠的發(fā)送接收握手機(jī)制,可靠地保證了數(shù)據(jù)的發(fā)送接收,另Zigbee采用AES128位密鑰,保證數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性。

Zigbee與其它技術(shù)的簡(jiǎn)單比較

　　市面上Zibee產(chǎn)品當(dāng)前主要有三種:

　　1.Zigbee模塊,所有與Zigbee相關(guān)的設(shè)計(jì)都已經(jīng)做好了,客戶通過接口發(fā)送接收數(shù)據(jù),并可使用模塊多種附加功能,如遠(yuǎn)程的A/D,I/O自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能,I/O輸出功能等.使用這種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是:使用簡(jiǎn)單,開發(fā)周期短,已驗(yàn)證的應(yīng)用協(xié)議使保證了通訊可靠性.如DIGIXBEEmodule.

　　2.ZigbeeRFIC+MCU,提供Zigbee協(xié)議棧.使用這種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)就是成本相對(duì)較低,劣勢(shì)就是需要熟悉Zigbee架構(gòu),調(diào)用底層協(xié)議,所以開發(fā)周期長(zhǎng),需要有高頻電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn).如TICC2420+MSP430.

　　3.內(nèi)含RF的MCU,優(yōu)勢(shì)成本低,電路設(shè)計(jì)相對(duì)較少.劣勢(shì)是需要熟悉Zigbee底層協(xié)議,開發(fā)周期長(zhǎng).如FreescaleMC1322X.

　　二.DIGI的Zigbee產(chǎn)品介紹:

　　下面以DIGI的產(chǎn)品為例，作應(yīng)用舉例分析。在分析前，先對(duì)DIGI的產(chǎn)品作一下介紹。DIGI的Maxstrem產(chǎn)品按組網(wǎng)方式分,主要有二種：

　?、牛c(diǎn)對(duì)多模塊,支持有效距離范圍里的模塊數(shù)據(jù)通訊,優(yōu)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)延時(shí)短,網(wǎng)絡(luò)設(shè)置簡(jiǎn)單.

　?、疲M網(wǎng)模式:Zigbee2007Zigbee2006DIGIMESH。有效距離范圍里同設(shè)置的模塊會(huì)自動(dòng)加入到網(wǎng)絡(luò)里,并可與網(wǎng)絡(luò)中的任意模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊.優(yōu)點(diǎn)是:模塊自動(dòng)組網(wǎng),這樣距離可得到擴(kuò)展.

　　所有模塊都有普通型(室外明視距離100M)和增強(qiáng)型(室外明室距離1.6KM)兩種.若需要距離更遠(yuǎn)的模塊,還可以選用DIGIXtend產(chǎn)品(距離最遠(yuǎn)達(dá)64KM).
模塊優(yōu)勢(shì):

　　1.是可支持多種協(xié)議的平臺(tái),

　　2.功耗低.發(fā)送接收電流小,支持多種睡眠方式.定時(shí)喚醒,管腳喚醒等.

　　3.多種模塊附加功能供客戶使用.如多路10位A/D,I/O輸入輸出功能,I/O變化監(jiān)控并發(fā)送功能,支持遠(yuǎn)程和本地的監(jiān)控.

　　4.可靠的數(shù)據(jù)發(fā)送接收.具有重發(fā),加密等多種機(jī)制.

　　5.使用簡(jiǎn)單,開發(fā)時(shí)間短.通過TTL的TX,RX來發(fā)送接收數(shù)據(jù).通過命令等遠(yuǎn)程監(jiān)控.

值得一提的是,DIGI還在Zigbee協(xié)議基礎(chǔ)上,做了更實(shí)用可靠的DIGIMESH協(xié)議,縮短了網(wǎng)絡(luò)延遲,提高了路由沖突損壞等問題時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性.與Zigbee的協(xié)調(diào)器路由器終端的結(jié)構(gòu)不同,DIGIMESH網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)都是對(duì)等的,簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò),除可完成Zigbee一樣的卓越通訊功能外,還支持網(wǎng)絡(luò)中模塊的同步睡眠與喚醒,為低功耗解決方案首選.

　　三Zigbee應(yīng)用

　　Zigbee+GPRS實(shí)現(xiàn)大范圍的遠(yuǎn)程監(jiān)控:

　　如ZigBee農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng):

　　可通過以太網(wǎng)或手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,往GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令,使大棚內(nèi)的作物生長(zhǎng)在適宜的溫濕度下.XBEE+MCU,監(jiān)控棚內(nèi)溫濕度等信息,并實(shí)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到與GPRSDTU(GPRS終端,可使用WD2001)相連的XBEE模塊,模塊收到數(shù)據(jù)后通過串口發(fā)送到GPRSDTU,通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到指定的GPRS接收設(shè)備.可以是手機(jī)或電腦等設(shè)備.移動(dòng)設(shè)備也可以通過網(wǎng)絡(luò),將控制命令發(fā)送到GPRSDTU,GPRSDTU(可使用WD2001)接收到命令,通過串口線將數(shù)據(jù)發(fā)送到XBEE模塊,傳送到指定大棚內(nèi),開啟相關(guān)設(shè)施.因要考慮功耗等原因,推薦使用可運(yùn)行DIGIMESH同步睡眠喚醒功能的XBEE模塊.

　　系統(tǒng)特點(diǎn):1.利用了XBEE的遠(yuǎn)程數(shù)字I/O.在智能化程度高的溫室里,需要對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的開啟開關(guān)等操作,而XBEE恰好提供了這種功能.可使用遠(yuǎn)程參數(shù)修改命令,輕松完成設(shè)備的遠(yuǎn)程操作.

　　2.XBEE的低功耗.在有些地區(qū)的溫室內(nèi),因無(wú)供電設(shè)施,則需要系統(tǒng)設(shè)備工作于低功耗下.兩節(jié)高能電池,可供模塊工作近二個(gè)月.而GPRSDTU可使用高能鋰電池或鎳氫電池,如8AH電池,也可供設(shè)備工作近二個(gè)月.

　　3.XBEE組網(wǎng).將各大棚的溫濕度等情況,通過XBEE集中收集到一起,然后通過GPRS發(fā)送出去.因模塊具胡自動(dòng)組網(wǎng)功能,被監(jiān)控范圍可足夠大.

　　3.極短的開發(fā)周期.GPRSDTU(如望聯(lián)WD2001)提供232接口,XBEE模塊接轉(zhuǎn)換板后也提供232,所以只要直接接一起.通過GPRS的設(shè)置,然后就可以通過電腦以太網(wǎng)或手機(jī)GPRS或手機(jī)短信,接收到溫室當(dāng)前工作情況,和控制溫室內(nèi)設(shè)備了.

　　四.Zigbee的前景

　　Zigbee的出現(xiàn),填補(bǔ)了短距離數(shù)據(jù)通訊的低成本解決方案空白,促成了它應(yīng)用的廣闊前景.據(jù)調(diào)查，2005年時(shí)，zigbee芯片銷量只達(dá)到約1000萬(wàn)元美元，而08年就已經(jīng)達(dá)到約6000萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2012年可達(dá)到32000萬(wàn)美元，復(fù)合增長(zhǎng)63%。