ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺特點 - 一文讀懂ZigBee技術的前世今生

5 ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺的比較有哪些特點？

其優(yōu)點如下：

（1） 可靠性高：由于ZigBee模塊的集成度遠比一般數(shù)傳電臺高，分離元器件少，因而可靠性更高;

（2） 使用方便安全：因為集成度高，比起一般數(shù)傳電臺來，ZigBee收法模塊體積可以做得很小，而且功耗低，最大發(fā)射電流比一個CDMA手機還要小許多，因而很容易集成或直接安放在到設備之中，不僅使用方便，而且在戶外攜帶使用時不容易受到損壞;

（3） 抗干擾力強，保密性好，誤碼率低：ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G 直序擴頻技術，比起一般FSK，ASK和跳頻的數(shù)傳電臺來，具有更好的抗干擾能力，和更遠的傳輸距離;

（4） 免費頻段：ZigBee使用的是免費頻段，而許多數(shù)傳電臺所使用的頻段不僅需要申請，而且每年都需要向國家無委會交納相當?shù)念l率使用費;

（5） 價格低： ZigBee數(shù)傳模塊的價格只有具有類似功能的數(shù)傳電臺的幾分之一。

6為什么ZIGBEE的抗干擾性能高于Wi-Fi和藍牙技術？

摩爾實驗室（MORLAB）經(jīng)過近段時間對ZigBee技術的研究及相關測試實踐總結(jié)出如下幾點，這也是ZigBee產(chǎn)品抗干擾能力強的主要原因。

ZigBee抗干擾特性主要是抗同頻干擾，即來自共用相同頻段的其他技術的干擾。主要特性如下：

1、 空閑信道評估（Clear Channel Assessment，CCA）：

判斷信道是否空閑。IEEE 802.15.4 物理層在碰撞避免機制中提供CCA的能力，即如果信道被其他設備占用，則允許傳輸退出而不必考慮采用該信道的通信協(xié)議。

現(xiàn)主要有3種空閑信道評估模式：

（1）判斷信道的信號能量，若信號能量低于某一個門限量，則認為信道空閑；

（2）判斷無線信道的特征，這特征主要包括兩方面，即擴頻信號和載波頻率；

（3）綜合前兩種模式，同時檢測信號強度和信號特征，給出信道空閑判斷。

2、 動態(tài)信道選擇：

ZigBee 個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）中的協(xié)調(diào)器（網(wǎng)絡的中心節(jié)點，負責網(wǎng)絡的組織和維護）。首先要掃描所有的信道，然后確認并加入一個合適的PAN（不需要創(chuàng)建一個新的PAN），減少同頻段PAN的數(shù)量，降低潛在的干擾。如果干擾源出現(xiàn)在重疊的信道上，協(xié)調(diào)器上層的軟件要應用信道算法選擇一個新的信道。

3、 信道算法：

在網(wǎng)絡初始化或者響應中斷時，ZigBee 設備都會先掃描一系列被列入信道表參數(shù)中的信道，以便進行動態(tài)信道選擇，按照上述空閑信道來設置信道表參數(shù)，以便加強網(wǎng)絡的共存性能。

在嚴重干擾期間，ZigBee不改變信道，而是依靠其低占空比、免沖突算法（每個設備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前偵聽信道）來減小由于傳輸沖突所造成的數(shù)據(jù)丟失。

4、 直序擴頻技術（DSSS） 和頻率快變FA：

直接序列擴頻技術具有一定的抗干擾效果（如下圖所示），在其他條件相同情況下傳輸距離要大于跳頻技術（發(fā)射功率為0dBm的情況下，Bluetooth有10m作用范圍，而ZigBee在室內(nèi)能達到30——50m作用范圍）。所謂頻率快變是改變頻率、以避開一個已知干擾源或信號源的影響。

由上圖可見，ZigBee的誤碼率在信噪比為4dB的情況下可達10-9 ，要達到同樣誤碼率，Wi-Fi要達 10dB，藍牙高達16dB， ZIGBEE的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍牙技術。

5、應答重傳和幀緩存：

ZigBee的MAC層和應用層（APS部分）具有自動請求重傳ARQ和幀緩存功能。當傳送數(shù)據(jù)幀給設備時，如果接收設備處于忙或者休眠狀態(tài)而不能接收該幀，那么網(wǎng)絡的主協(xié)調(diào)設備就暫時緩存該幀，直到接收端接收該幀。

雖然調(diào)制方式很簡單，但ZigBee在2.4GHz ISM頻段表現(xiàn)出了很好的抗干擾性能，非常適合于低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽脠龊?。目前ZiBee產(chǎn)品在CE認證中主要采用的測試標準為EN300328、而在FCC中則主要采用Part 15C的測試。

三、網(wǎng)絡技術篇

1ZigBee是具有怎樣的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡？

簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡，ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的75米到幾百米、幾公里，并且支持無線擴展。

ZigBee 是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，十分類似現(xiàn)有的移動通信CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個ZigBee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊類似 移動網(wǎng)絡的一個基站，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，它們之間可以進行相互通信;每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里。

與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個 ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉(zhuǎn)任務的孤立的子節(jié)點（RFD）無線連接。

每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點（FFD和RFD）可以支持多達31個的傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備終可以有8種不同的接口方式。可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。

2ZigBee所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？

舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當一隊傘兵空降后，每人持有一個ZigBee網(wǎng)絡模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡。他們預先無法判斷誰雨，而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡還會發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡，對原有網(wǎng)絡進行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

3ZigBee技術為什么要使用自組織網(wǎng)來通信？

網(wǎng)狀網(wǎng)通信實際上就是多通道通信，在實際工業(yè)現(xiàn)場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維 修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制 而言則非常重要。

4為什么自組織網(wǎng)要采用動態(tài)路由的方式？

所謂動態(tài)路由是指網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸 的路徑并不是預先設定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡當時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。

在我們的網(wǎng)絡管理軟件中，路徑的選擇使用的是“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點的通路進行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達目的地為止。

在實際工業(yè)現(xiàn)場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送。動態(tài) 路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

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1ZigBee和現(xiàn)有的通信移動網(wǎng)（GPRS，CDMA-1X）比較有哪些特點？

其特點為：

（1） 無網(wǎng)絡使用費：使用移動網(wǎng)需要長期支付網(wǎng)絡使用費，而且是按節(jié)點終端的數(shù)量計算的，而ZigBee沒有這筆費用;

（2） 設備投入低：使用移動網(wǎng)需要購買移動終端設備，每個終端的價格在人民幣1000元上下，而使用ZigBee網(wǎng)絡，不僅ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點模塊（相當于基站）費用每只人民幣不到1000元，而且，主要使用的網(wǎng)絡子節(jié)點（相當于手機）的價格還要低得多;

（3） 通信更可靠：由于現(xiàn)有移動網(wǎng)主要是為手機通信而設計的，盡管CDMA-1X和GPRS可以進行數(shù)據(jù)通信，但實踐發(fā)現(xiàn)，不僅通信速率比設計速率低很多，而且 數(shù)據(jù)通信的可靠信、連續(xù)性在許多情況下也得不到保證。而ZigBee網(wǎng)絡則是專門為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設計的，因而控制數(shù)據(jù)的傳輸具有相當?shù)谋ＷC;

（4） 高度的靈活性和低成本：首先，通過使用覆蓋距離不同，功能不同的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，以及其它非ZigBee系統(tǒng)的低成本的無線收發(fā)模塊，建立起一個 ZigBee局部自動化控制網(wǎng)，再通過互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)與遠端的計算機相連，從而實現(xiàn)低成本，高效率的工業(yè)自動化遙測遙控;

（5） 比起現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)來，盡管ZigBee僅僅只是一個局域網(wǎng)，但通過供足夠的數(shù)據(jù)出口，它可以“無限”擴大它的覆蓋范圍，而且可以與現(xiàn)有的移動網(wǎng)，互聯(lián) 網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡相連接。并通過這些網(wǎng)絡將許多個ZigBee局域網(wǎng)相互連成為一個整體。有效的解決移動網(wǎng)的盲區(qū)覆蓋問題：我們知道，現(xiàn)有移動網(wǎng)絡在許多 地方存在盲區(qū)，特別是鐵路，公路，油田，礦山等野外，更是如此。而增加一個移動基站或直放站的費用是相當可觀的，此時使用ZigBee網(wǎng)絡進行盲區(qū)覆蓋不 僅經(jīng)濟有效，而且往往是現(xiàn)在唯一可行手段。

6ZigBee怎樣實現(xiàn)遠距離遙測遙控？

ZigBee網(wǎng)絡還可以通過接口卡等多種方式，與互聯(lián)網(wǎng)，GPRS網(wǎng)，CDMA1x網(wǎng)以及其它通信系統(tǒng)線連接，從而實現(xiàn)遠程操控。你也可以通過其它網(wǎng)絡，將兩個或多個局部ZigBee網(wǎng)絡連接在一起。