ZigBee的技術(shù)應(yīng)用及存在的問(wèn)題

ZigBee與WiFi的區(qū)別

相同點(diǎn)：

1、二者都是短距離的無(wú)線通信技術(shù);

2、都是使用2.4GHz頻段

3、都是采用DSSS技術(shù);

不同點(diǎn)：

1、傳輸速度不同。 ZigBee的傳輸速度不高(<250Kbps)，但是功耗很低，使用電池供電一般能用3個(gè)月以上; WiFi，就是常說(shuō)的無(wú)線局域網(wǎng)，速率大(11Mbps)，功耗也大，一般外接電源;

2、應(yīng)用場(chǎng)合不同。 ZigBee用于低速率、低功耗場(chǎng)合，比如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，適用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居控制等領(lǐng)域。 WiFi，一般是用于覆蓋一定范圍(如1棟樓)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(覆蓋范圍100米左右)。表現(xiàn)形式就是我們常用的無(wú)線路由器。在一棟樓內(nèi)布設(shè)1個(gè)無(wú)線路由器，樓內(nèi)的筆記本電腦(帶無(wú)線網(wǎng)卡)，基本都可以無(wú)線上網(wǎng)了。

3、市場(chǎng)現(xiàn)狀不同。ZigBee作為一種新興技術(shù)，自04年發(fā)布第一個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，正處在高速發(fā)展和推廣當(dāng)中;目前因?yàn)槌杀尽⒖煽啃苑矫娴脑?，還沒(méi)有大規(guī)模推廣; WiFi，技術(shù)成熟很多，應(yīng)用也很多了。 總體上說(shuō)，二者的區(qū)別較大，市場(chǎng)定位不同，相互之間的競(jìng)爭(zhēng)不是很大。只不過(guò)二者在技術(shù)上有共同點(diǎn)，二者的相互干擾還是比較大的，尤其是WiFi對(duì)于ZigBee的干擾。

二者硬件內(nèi)存需求對(duì)比：ZigBee：32~64KB+;WiFi：1MB+;ZigBee硬件需求低。

二者電池供電上電可持續(xù)時(shí)間對(duì)比：ZigBee：1001000天;WiFi：15天;ZigBee功耗低。 傳輸距離對(duì)比(一般用法，無(wú)大功率天線發(fā)射裝置)：ZigBee：11000M;WiFi：1100M;ZigBee傳輸距離長(zhǎng)。 ZigBee劣勢(shì)： 網(wǎng)絡(luò)帶寬對(duì)比：ZigBee：20~250KB/s;WiFi：11000KB/s;ZigBee帶寬低，傳輸慢。

ZigBee的技術(shù)應(yīng)用

作為一種低速率的短距離無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee有其自身的特點(diǎn)，因此有為它量身定做的應(yīng)用，盡管在某些應(yīng)用方面可能和其他技術(shù)重疊。ZigBee可能的一些應(yīng)用，包括智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用。

智能家居

家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了ZigBee技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet，這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。

工業(yè)控制

工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。

自動(dòng)抄表

抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù)，報(bào)給煤氣、電力或者供水公司，然后根據(jù)讀數(shù)來(lái)收費(fèi)。現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來(lái)進(jìn)行抄表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。

醫(yī)療監(jiān)護(hù)

電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生問(wèn)題，可以及時(shí)做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過(guò)ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無(wú)線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。

傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。

電信應(yīng)用

在2006年初的時(shí)候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了ZigBee技術(shù)的SIM卡，并命名為“ZSIM”[5]。其實(shí)這種SIM卡只是把ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯(lián)盟也在2007年4月發(fā)布新聞，說(shuō)聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用[6]。如果ZigBee技術(shù)真得可以在電信領(lǐng)域開展起來(lái)，那么將來(lái)用戶就可以利用手機(jī)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)支付，并且在熱點(diǎn)地區(qū)可以獲得一些感興趣的信息，如新聞、折扣信息，用戶也可以通過(guò)定位服務(wù)獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位服務(wù)已經(jīng)做得很好，但卻很難支持室內(nèi)的定位，而ZigBee的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。

目前Zigbee技術(shù)還存在的問(wèn)題

盡管 Zigbee技術(shù)在2004年，就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，最具市場(chǎng)前景的十大新技術(shù)之一;關(guān)于Zigbee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，大家也進(jìn)行了許多討論，到目前為止，國(guó)內(nèi)外許多廠商也都開發(fā)生產(chǎn)了各種各樣的 Zigbee產(chǎn)品，并在應(yīng)用推廣上做了大量的工作，然而，實(shí)事求是的講，真正完全使用Zigbee技術(shù)來(lái)解決具體實(shí)際問(wèn)題，有意義的案例則非常有限。

Zigbee似乎成了一種時(shí)髦，但眼下還不能做到真正實(shí)用的新技術(shù)。就其原因，除了作為一種新技術(shù)，它本身需要有一個(gè)技術(shù)改進(jìn)和成熟，以及市場(chǎng)培育的過(guò)程外，我們?cè)陂L(zhǎng)期應(yīng)用Zigbee技術(shù)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐中，還發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)十分重要，而在短期內(nèi)我們認(rèn)為十分難以解決的問(wèn)題：

1、Zigbee的核心技術(shù)之一，是動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路由，即Zigbee網(wǎng)絡(luò)考慮了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)增減變化，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)相隔一定時(shí)間，需要通過(guò)無(wú)線信號(hào)交流的方式重新組網(wǎng)，并在每一次將信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要掃描各種可能的路徑，從最短的路經(jīng)嘗試起，這就涉及到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理問(wèn)題。

而這些，都需要占用大量的帶寬資源，并增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加和中轉(zhuǎn)次數(shù)增多。因而，盡管Zigbee的射頻傳輸速率是250kbps, 但經(jīng)過(guò)多次中轉(zhuǎn)后的實(shí)際可用速率將大大降低，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延也將大大增加，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理也就變得越麻煩。這也就是目前Zigbee網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的主要問(wèn)題。

2、Zigbee這個(gè)字，從英語(yǔ)的角度來(lái)分析，它是由“Zig”和“bee”兩個(gè)字組成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路徑，后面一個(gè)英文單詞“bee”就是蜜蜂的意思，我們的理解，Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就是模仿蜜蜂信息傳遞的方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間信息的相互互傳，來(lái)將一個(gè)信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

如果按一般標(biāo)準(zhǔn)Zigbee節(jié)點(diǎn)，在開闊空間每次數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平均增加50米直線傳輸距離計(jì)算，傳輸500米直線距離需要中轉(zhuǎn)十次;在室內(nèi)，由于Zigbee所使用的2.4 G的傳輸頻率，一般是通過(guò)信號(hào)反射來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)模捎诮ㄖ锏恼趽?，要傳輸一定的距離，往往需要使用較多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，如上述第一條中的分析，這對(duì)一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，并不是一件簡(jiǎn)單的事情。

當(dāng)然，我們也可使用放大器來(lái)增加Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸距離，然而，這必然要大大增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗和成本，失去了Zigbee低成本低功耗的本來(lái)目的。而且，在室內(nèi)使用這種方法來(lái)增加傳輸距離，效果也有限。顯然，一種通過(guò)中心點(diǎn)在室外，終端模塊在室外的星狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)個(gè)更加合理。

3、Zigbee的核心技術(shù)之一，是每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，除了自身作為信息采集點(diǎn)和執(zhí)行來(lái)自中心的命令外，它還承擔(dān)著隨時(shí)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)任務(wù)，這樣，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)機(jī)必須隨時(shí)處于收發(fā)接收狀態(tài)，這就是說(shuō)它的最低功耗至少在20mA左右，一般使用放大器的遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其耗電量一般在150mA左右。這顯然很難使用電池驅(qū)動(dòng)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的正常工作;

4、由于Zigbee中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都參與自動(dòng)組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路由的工作，因而每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)也就相對(duì)復(fù)雜一些，成本自然也就高一些。另外，在Zigbee網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些針對(duì)具體應(yīng)用的開發(fā)工作的量也就大一些。

綜上所述，我們認(rèn)為，Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上在許多情況下，是犧牲了網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，帶寬以及節(jié)點(diǎn)模塊的功耗，來(lái)?yè)Q取在許多實(shí)際應(yīng)用中，并不重要的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路由的功能，因?yàn)?，在一般情況下，我們的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸途徑往往都是固定不變的。因此，當(dāng)前Zigbee技術(shù)尚未解決的節(jié)點(diǎn)耗電問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^低時(shí)延較長(zhǎng)的問(wèn)題，以及數(shù)據(jù)傳輸距離有限的問(wèn)題，是當(dāng)前Zigbee 技術(shù)難于得到很好推廣的根本原因。