物聯(lián)網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)之ZigBee

什么是ZigBee？

ZigBee是唯一完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案——從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)到允許智能對象協(xié)同工作的通用語言。ZigBee增加了用戶和開發(fā)人員的選擇和靈活性，并通過對堆棧的所有層進行標準化和測試，讓人們相信產(chǎn)品和服務(wù)將協(xié)同工作。

ZigBee認證產(chǎn)品可以使用相同的物聯(lián)網(wǎng)語言相互連接和通信，數(shù)以百萬計的ZigBee產(chǎn)品已部署在智能家居和樓宇中。ZigBee在構(gòu)建時考慮了向后和向前兼容性。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括無線傳感技術(shù)和進程通信技術(shù)。進程通信技術(shù)包括RFID、Bluetooth.WiFi.ZigBee等。ZigBee是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的熱門技術(shù)之一。可以用在建筑物監(jiān)測、貨物跟蹤、環(huán)境保護等方面。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點成本低、易于維護、功耗低、能夠自動組網(wǎng)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面具有很大優(yōu)勢。

ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，它源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂(bee)是通過飛翔和“嗡嗡"(zig)抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在的方位信息，ZigBee協(xié)議的方式特點與其類似,便取名為ZigBee。

ZigBee技術(shù)采用AES加密(高級加密系統(tǒng))，嚴密程度相當(dāng)于銀行卡加密技術(shù)的12倍，因此其安全性較高，同時,ZigBee采用蜂巢結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個設(shè)備能通過多個方向與網(wǎng)關(guān)通信，從而保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,ZigBee設(shè)備還具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通信信息把無線距離傳到1000m以外。另外,ZigBee網(wǎng)絡(luò)容量理論節(jié)點為65300個，能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，即便是智能小區(qū)、智能樓宇等只需要1個主機就能實現(xiàn)全面覆蓋,ZigBee也具備雙向通信的能力，不僅能發(fā)送命令到設(shè)備，同時設(shè)備也會把執(zhí)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回來。ZigBee采用極低功耗設(shè)計，可以全電池供電，理論上一節(jié)電池能使用2年以上。

ZigBee采用DSSS技術(shù)，具有以下特點:

(1)功耗低。ZigBeeAlliance網(wǎng)站公布，和普通電池相比,ZigBee產(chǎn)品可使用數(shù)月至數(shù)年之久。這就決定了那些需要一年甚至更長時間才需更換電池的設(shè)備對它的需求。

(2)接入設(shè)備多。ZigBee的解決方案支持每個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器帶有255個激活節(jié)點，多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以連接大型網(wǎng)絡(luò)。2.4GHz頻段可容納16個通道，每個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器帶有255個激活節(jié)點(Bluetooth只有8個),ZigBee技術(shù)允許在一個網(wǎng)絡(luò)中包含4000多個節(jié)點。音視頻通信更加不不了VoIP技術(shù)的支持。

(3)成本低。ZigBee只需要80C51之類的處理器以及少量的軟件即可實現(xiàn)，無須主機平臺。從天線到應(yīng)用實現(xiàn)只需1塊芯片即可。Bluetooth需依靠較強大的主處理器(如ARM7),芯片構(gòu)架也比較復(fù)雜。

(4)傳輸速率低。ZigBee的低功率導(dǎo)致了低傳輸速率，其原始數(shù)據(jù)吞吐速率在2.4GHz(lOchannels)頻段為250kb/s,在915MHz(6channels)頻段為40kb/s,在868MHz(Ichannel)頻段為20kb/so傳輸距離為10?20m。

(5)短時延。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)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進一步節(jié)省了電能。

(6)高容量。ZigBee可采用星狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，一個主節(jié)點最多可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。

(7)高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

(8)免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，即915MHz(美國)、868MHz(歐洲)、2.4GHz(全球)。由于三個頻帶除物理層不同外，其各自信道帶寬也是不同的，分別為0.6MHz、2MHz和5MHz。分別有1個、10個和16個信道。這三個頻帶的擴頻和調(diào)制方式也是有區(qū)別的。擴頻都使用的是直接序列擴頻(DSSS),但從比特到碼片的變換差別較大。調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù)，而868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK,2.4GHz頻段采用的是OQPSK。

ZigBee技術(shù)規(guī)格