開發(fā)Zigbee 3.0應(yīng)用的十個(gè)常見問(wèn)答

智能家居設(shè)備開發(fā)人員正密切關(guān)注著新一代Zigbee 3.0無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)技術(shù)到網(wǎng)關(guān)，再到硬件開發(fā)的各個(gè)層次，如何將該技術(shù)完美地應(yīng)用在智能照明、門鎖、恒溫器等家居自動(dòng)化設(shè)備更是引發(fā)了熱烈的討論。本文整理了目前開發(fā)Zigbee 3.0應(yīng)用的十個(gè)常見問(wèn)答，從而幫助設(shè)計(jì)人員更快掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技巧。

擴(kuò)頻相比定頻，在環(huán)境復(fù)雜的情況下會(huì)更穩(wěn)定嗎？Zigbee未來(lái)有跳頻率計(jì)劃？

擴(kuò)頻相比非擴(kuò)頻，在環(huán)境復(fù)雜的情況下會(huì)更穩(wěn)定，這是正確的。擴(kuò)頻技術(shù)更穩(wěn)定的原理是信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次相關(guān)運(yùn)算（correlation），在接收端被恢復(fù)。而同頻干擾噪聲僅經(jīng)過(guò)一次相關(guān)運(yùn)算，被“擴(kuò)頻”成了功率極低的偽噪聲。具體多低取決于擴(kuò)頻參數(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)比跳頻技術(shù)有更強(qiáng)的抗噪聲能力，其代價(jià)也很明顯——更低的通信效率?！皵U(kuò)頻+跳頻”沒有實(shí)際意義，Zigbee也沒有這個(gè)計(jì)劃。

通常跳頻是為了保證通訊質(zhì)量而快速地在不同頻道之間切換并在此過(guò)程中避開受干擾的頻道。Zigbee應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)頻道的遷移理論上是可行的，技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)。但是通常Zigbee網(wǎng)絡(luò)都是工作在異步通信狀態(tài)，工作頻道的遷移耗時(shí)較長(zhǎng)，且對(duì)電池設(shè)備的使用壽命有很大影響，因此在環(huán)境復(fù)雜且變化較快的情況下并不推薦使用。

Zigbee于2.4G頻段的信號(hào)穿透性與室內(nèi)墻體厚度的關(guān)系？臨界值是多少？

2.4G波長(zhǎng)約是12.5cm，那是否可以說(shuō)明墻體厚度大于12.5cm（有些樓盤有40cm厚）就無(wú)法穿透或衰減，如果是，怎么衰減，怎么穿透墻體？有沒有從波峰穿或從波谷穿的差異性？希望能說(shuō)明一下不同墻體厚度下的網(wǎng)關(guān)位置部署問(wèn)題。

無(wú)線信號(hào)傳輸距離的理論說(shuō)明請(qǐng)參考https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN5142.pdf

網(wǎng)關(guān)的位置部署要看具體的環(huán)境以及周圍物體的材質(zhì)，理想的位置應(yīng)該處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋空間的中心位置，且周圍凈空。另外，除了穿透材質(zhì)對(duì)信號(hào)帶來(lái)的衰減外，信號(hào)的反射，周圍物體是否移動(dòng)都會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸帶來(lái)很大影響。

不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)無(wú)線信號(hào)的最大傳輸功率都有相應(yīng)的強(qiáng)制法規(guī)加以限制，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)不能隨意提高發(fā)射功率。比如按國(guó)內(nèi)最新規(guī)定（中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公告2019年第52號(hào)及其附件微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求），工作在2400-2483.5MHz的設(shè)備，最大發(fā)射功率限值為10mW（e.i.r.p），即10dBm。

為提高Zigbee網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性，除了在法規(guī)允許的范圍下提高發(fā)射功率，增加接收靈敏度外，更應(yīng)該通過(guò)合理的布置路由設(shè)備來(lái)充分利用Zigbee mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)以達(dá)至信號(hào)的合理覆蓋。

常見建筑材料對(duì)2.4GHz信號(hào)的衰減大致如下圖（取自互聯(lián)網(wǎng)，僅供參考）

同一款天線用在不同產(chǎn)品上天線效率、增益和通信距離一樣嗎？不同產(chǎn)品外殼，對(duì)天線有影響嗎？

盡管天線的尺寸設(shè)計(jì)完全相同，但如果不同產(chǎn)品所用的PCB材質(zhì)參數(shù)不同，板子的尺寸不同，天線附近的元器件擺放位置不同，參考地平面的設(shè)計(jì)或者面積不同，那么天線的效率和增益肯定會(huì)有差別，也可能會(huì)直接影響到通信距離。另外，產(chǎn)品外殼的材質(zhì)，安裝螺絲的位置等等因素也會(huì)對(duì)天線的性能有所影響。上面假設(shè)問(wèn)題里的天線指的是PCB天線，但道理同樣適用于其它成品天線。

不同的天線對(duì)功耗有影響嗎？

這需要考慮兩方面的因素。首先，如果天線的諧振點(diǎn)偏離2.4G，天線阻抗與標(biāo)準(zhǔn)的50ohm相差太遠(yuǎn)，那么可能會(huì)直接導(dǎo)致芯片的射頻收發(fā)模塊功耗偏高。其次，即便兩個(gè)天線的諧振點(diǎn)和阻抗匹配指標(biāo)都不錯(cuò)，但是可能由于效率和增益上的差異依然會(huì)造成通信效果的不同。如果恰好使用性能較差天線的產(chǎn)品處于臨界距離上，則這個(gè)產(chǎn)品可能會(huì)由于重傳，重新查找路由等多余操作造成功耗消耗增大。

組網(wǎng)后單跳臨界距離上的設(shè)備不穩(wěn)定，總是重新查找路由更換路徑導(dǎo)致丟包的問(wèn)題有沒有好的解決方案？

這確實(shí)是一個(gè)具普遍性的問(wèn)題，畢竟每一個(gè)設(shè)備都是有自己的發(fā)射/接收性能極限的，必然有自己的單跳臨界距離。問(wèn)題里描述的現(xiàn)象除了會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題，也可能會(huì)造成ZED功耗偏大。這里提供解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)思路，將設(shè)備join/rejoin過(guò)程中的LQI標(biāo)準(zhǔn)提高，使得join/rejoin成功的距離小于單跳臨界通信距離，這樣在網(wǎng)絡(luò)的搭建和調(diào)試過(guò)程中就會(huì)最大程度的避免使設(shè)備工作于單跳臨界距離。

多協(xié)議芯片的SubG和藍(lán)牙或者Zigbee是不是可以同時(shí)發(fā)送同時(shí)接收？

物理層是分時(shí)間片的，但從應(yīng)用層看是同時(shí)發(fā)送同時(shí)接收的。

目前國(guó)內(nèi)大概有多少個(gè)Zigbee 3.0的認(rèn)證產(chǎn)品，覆蓋多少家品牌？

目前中國(guó)成員認(rèn)證的Zigbee 3.0產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到近200款，覆蓋品牌達(dá)30多種，包括立達(dá)信、涂鴉、小米、云丁、九洲光電、Aqara、生迪、海曼和天都照明等等，具體可以查詢Zigbee聯(lián)盟官網(wǎng)的認(rèn)證產(chǎn)品清單https://zigbeealliance.org/classic-product-search/

如何避免WiFi和Zigbee之間的無(wú)線干擾？特別是在動(dòng)態(tài)掃描的情況下。

處理的方式包含硬件和軟件兩個(gè)部分，詳細(xì)可以參見文檔（https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1017-coexistence-with-wifi.pdf）

硬件設(shè)計(jì)WiFi和Zigbee的無(wú)線信號(hào)隔離度大于6dBm

減少板載的信號(hào)干擾，無(wú)線部分的硬件設(shè)計(jì)需要優(yōu)化，例如添加屏蔽罩，天線極性相差90度

軟件包含添加狀態(tài)信號(hào)，優(yōu)先級(jí)判斷等協(xié)調(diào)信號(hào)線。

如何快速組建Zigbee大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)？

建議采用的方法有：

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，增加路由節(jié)點(diǎn)，增大信號(hào)覆蓋面積

可以通過(guò)加長(zhǎng)入網(wǎng)時(shí)間，多次廣播的方式增加入網(wǎng)的成功率

網(wǎng)關(guān)端本地可以預(yù)設(shè)白名單，讓設(shè)備入網(wǎng)速度加快

Zigbee和NB-IOT相比優(yōu)勢(shì)在哪？

兩種技術(shù)在各自的應(yīng)用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)，Zigbee偏向近距離本地網(wǎng)絡(luò)，就此來(lái)說(shuō)：

Zigbee是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性可以通過(guò)多路徑的方式加強(qiáng)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也減少了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗（不需要更大的發(fā)射功率），更加擅長(zhǎng)低功耗的應(yīng)用。

Zigbee是本地網(wǎng)絡(luò)，所以不需要云端的支持也可以本地運(yùn)作。

Zigbee有標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層，增加了來(lái)自不同廠家的設(shè)備互通互操作的能力。