網(wǎng)絡(luò)技術(shù)&市場(chǎng)應(yīng)用 - 關(guān)于ZigBee協(xié)議的一切都在這篇文章里

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)篇

　　ZigBee是具有怎樣的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)？

　　簡(jiǎn)單的說(shuō)，ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)線擴(kuò)展。

　　ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信;每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里。

　　與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線連接。

　　每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD和RFD）可以支持多達(dá)31個(gè)的傳感器和受控設(shè)備，每一個(gè)傳感器和受控設(shè)備終可以有8種不同的接口方式?？梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量。

　　ZigBee所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？

　　舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后，每人持有一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過(guò)彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。他們預(yù)先無(wú)法判斷誰(shuí)雨，而且，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過(guò)重新尋找通信對(duì)象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

　　ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來(lái)通信？

　　網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于各種原因，往往并不能保證每一個(gè)無(wú)線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因?yàn)檐?chē)禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車(chē)輛（相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過(guò)其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制而言則非常重要。

　　為什么自組織網(wǎng)要采用動(dòng)態(tài)路由的方式？

　　所謂動(dòng)態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的通路進(jìn)行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過(guò)于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送。動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個(gè)問(wèn)題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

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

　　其特點(diǎn)為：

　?。?） 無(wú)網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)：使用移動(dòng)網(wǎng)需要長(zhǎng)期支付網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)，而且是按節(jié)點(diǎn)終端的數(shù)量計(jì)算的，而ZigBee沒(méi)有這筆費(fèi)用;

　?。?） 設(shè)備投入低：使用移動(dòng)網(wǎng)需要購(gòu)買(mǎi)移動(dòng)終端設(shè)備，每個(gè)終端的價(jià)格在人民幣1000元上下，而使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，不僅ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊（相當(dāng)于基站）費(fèi)用每只人民幣不到1000元，而且，主要使用的網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于手機(jī)）的價(jià)格還要低得多;

　?。?） 通信更可靠：由于現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)主要是為手機(jī)通信而設(shè)計(jì)的，盡管CDMA-1X和GPRS可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，不僅通信速率比設(shè)計(jì)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(luò)則是專門(mén)為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設(shè)計(jì)的，因而控制數(shù)據(jù)的傳輸具有相當(dāng)?shù)谋ＷC;

　　（4） 高度的靈活性和低成本：首先，通過(guò)使用覆蓋距離不同，功能不同的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以及其它非ZigBee系統(tǒng)的低成本的無(wú)線收發(fā)模塊，建立起一個(gè)ZigBee局部自動(dòng)化控制網(wǎng)，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)與遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)低成本，高效率的工業(yè)自動(dòng)化遙測(cè)遙控;

　?。?） 比起現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)來(lái)，盡管ZigBee僅僅只是一個(gè)局域網(wǎng)，但通過(guò)供足夠的數(shù)據(jù)出口，它可以“無(wú)限”擴(kuò)大它的覆蓋范圍，而且可以與現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡(luò)相連接。并通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)將許多個(gè)ZigBee局域網(wǎng)相互連成為一個(gè)整體。有效的解決移動(dòng)網(wǎng)的盲區(qū)覆蓋問(wèn)題：我們知道，現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)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(gè)移動(dòng)基站或直放站的費(fèi)用是相當(dāng)可觀的，此時(shí)使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行盲區(qū)覆蓋不僅經(jīng)濟(jì)有效，而且往往是現(xiàn)在唯一可行手段。

　　ZigBee怎樣實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)遙控？

　　ZigBee 網(wǎng)絡(luò)還可以通過(guò)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。你也可以通過(guò)其它網(wǎng)絡(luò)，將兩個(gè)或多個(gè)局部ZigBee 網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

　　市場(chǎng)應(yīng)用篇

　　ZigBee技術(shù)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？

　　ZigBee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)，工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，例如燈光自動(dòng)化控制，傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。

　　ZigBee實(shí)現(xiàn)了哪些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?/p>

　　要求低功耗，低數(shù)據(jù)量（250KPS），低成本，使用免費(fèi)的ISM頻段（2.4G），高的抗干擾性能的直序擴(kuò)頻通信方式（DSSS），高保密性（64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密），高集成度和高的可靠性;節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，采用了包括網(wǎng)狀網(wǎng)在內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用了碰撞避免機(jī)制，信息在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　ZigBee可以在哪些方面拓展應(yīng)用？

　　ZigBee應(yīng)用：其范圍非常廣泛，可以針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、遙測(cè)遙控、汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理、油田、電力、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)際應(yīng)用舉例如下：照明控制、環(huán)境控制、自動(dòng)讀表系統(tǒng)、各類窗簾控制、煙霧傳感器、醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)、大型空調(diào)系統(tǒng)、內(nèi)置家居控制的機(jī)頂盒及萬(wàn)能遙控器、暖氣控制、家庭安防、工業(yè)和樓宇自動(dòng)化。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車(chē)輛進(jìn)行定位。

　　凡符合什么條件的短距離通信就可以考慮采用ZigBee技術(shù)？

　　通常，符合如下條件之一的短距離通信就可以考慮應(yīng)用ZigBee：

　?。?）需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多;

　　（2）要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低;

　　（3）要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，安全性高;

　　（4）要求設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊;

　　（5）可以用電池供電;

　?。?）地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋;

　?。?）對(duì)于那些現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)進(jìn)行覆蓋;

　?。?）已經(jīng)使用了現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測(cè)遙控系統(tǒng)。

　　ZigBee技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用情況怎樣？

　　盡管?chē)?guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注ZigBee這項(xiàng)新技術(shù)，而且也有不少企業(yè)開(kāi)始涉足ZigBee技術(shù)的開(kāi)發(fā)，然而，考慮到ZigBee本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)必須用網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起，所以對(duì)于初期開(kāi)發(fā)的企業(yè)來(lái)說(shuō)具有一定的技術(shù)難度。由于各方面的制約，ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日。但是目前已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會(huì)得到更大的應(yīng)用。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開(kāi)始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上成熟，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。