Zigbee:全新無線網絡數據通信技術
Zigbee技術是隨著工業自動化對于無線通信和數據傳輸的需求而產生的,Zigbee網絡省電、可靠、成本低、容量大、安全,可廣泛應用于各種自動控制領域。
Zigbee的由來:
在藍牙技術的使用過程中,人們發現藍牙技術盡管有許多優點,但仍存在許多缺陷。對工業,家庭自動化控制和遙測遙控領域而言,藍牙技術顯得太復雜,功耗大,距離近,組網規模太小等,......而工業自動化對無線通信的需求越來越強烈。正因此,經過人們長期努力,Zigbee協議在2003年中通過后,于2004正式問世了。
Zigbee是什么:
Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺,十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網,每一個Zigbee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站,在整個網絡范圍內,它們之間可以進行相互通信;每個網絡節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;另外整個Zigbee網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。例如,你可以通過互聯網在北京監控云南某地的一個Zigbee控制網絡。
不同的是,Zigbee網絡主要是為自動化控制數據傳輸而建立,而移動通信網主要是為語音通信而建立;每個移動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 網絡節點不僅本身可以與監控對對象,例如傳感器連接直接進行數據采集和監控,它還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料; 除此之外,每一個Zigbee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內,和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。
每個Zigbee網絡節點(FFD和RFD)可以可支持多到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??梢圆杉蛡鬏敂底至亢湍M量。
Zigbee技術的應用領域:
Zigbee技術的目標就是針對工業,家庭自動化,遙測遙控,汽車自動化、農業自動化和醫療護理等,例如燈光自動化控制,傳感器的無線數據采集和監控,油田,電力,礦山和物流管理等應用領域。另外它還可以對局部區域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。(成都西谷曙光數字技術公司的專利技術)。
通常,符合如下條件之一的應用,就可以考慮采用Zigbee技術做無線傳輸:
1. 需要數據采集或監控的網點多;
2. 要求傳輸的數據量不大,而要求設備成本低;
3. 要求數據傳輸可性高,安全性高;
4. 設備體積很小,不便放置較大的充電電池或者電源模塊;
5. 電池供電;
6. 地形復雜,監測點多,需要較大的網絡覆蓋;
7. 現有移動網絡的覆蓋盲區;
8. 使用現存移動網絡進行低數據量傳輸的遙測遙控系統。
9. 使用GPS效果差,或成本太高的局部區域移動目標的定位應用。
Zigbee 技術的特點:
省電:兩節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間可靠:采用了碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避免了發送數據時的競爭和沖突;節點模塊之間具有自動動態組網的功能,信息在整個Zigbee網絡中通過自動路由的方式進行傳輸,從而保證了信息傳輸的可靠性、時延短:針對時延敏感的應用做了優化,通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短。
網絡容量大:可支持達65000個節點。
安全:ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,加密算法采用通用的AES-128。
高保密性:64位出廠編號和支持AES-128加密
Zigbee的發展前景:
Zigbee技術和RFID 技術在2004年就被列為當今世界發展最快,市場前景最廣闊的十大最新技術中的兩個。關于這方面的報道,你只需在百度,或GOOGLE搜索欄中鍵入"Zigbee",你就會看到大量的有關報道。總之,今后若干年,都將是Zigbee技術飛速發展的時期。
Zigbee技術在我國的應用情況:
盡管,國內不少人已經開始關注Zigbee這們新技術,而且也有不少單位開始涉足Zigbee技術的開發工作,然而,由于Zigbee 本身是一種新的系統集成技術,應用軟件的開發必須和網絡傳輸,射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起。因而深入理解這個來自國外的新技術,再組織一個在這幾個方面都有豐富經驗的配套的隊伍,本身就不是一件容易的事情,因而,到目前為止,國內目前除了成都西谷曙光數字技術有限公司,真正將Zigbee技術開發成產品,并成功地用于解決幾個領域的實際生產問題而外,尚未見到其它報道。
Zigbee 和現有移動網(GPRS,CDMA-1X)的比較:
1. 無網絡使用費:使用移動網需要長期支付網絡使用費,而且是按節點終端的數量計算的,而Zigbee沒有這筆費用;
2. 設備投入低:使用移動網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 網絡,不僅Zigbee網絡節點模塊(相當于基站)費用每只人民幣不到1000元,而且,主要使用的網絡子節點(相當于手機)的價格還要低得多;
3. 通信更可靠:由于現有移動網主要是為手機通信而設計的,盡管CDMA-1X和GPRS可以進行數據通信,但實踐發現,不僅通信數率比設計速率低很多,而且數據通信的可靠性也存在一定的問題。而Zigbee網絡則是專門為控制數據的傳輸而設計的,因而控制數據的傳輸具有相當的保證。
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網絡節點,以及其它非Zigbee系統的低成本的無線收發模塊,建立起一個Zigbee局部自動化控制網,(這個網絡可以是星型,樹狀,網狀及其共同組成的復合網結構)再通過互聯網或移動網與遠端的計算機相連,從而實現低成本,高效率的工業自動化遙測遙控;
5. 比起現有的移動網來,盡管Zigbee僅僅只是一個局域網,覆蓋區域有限,但它卻可以與現有的移動網,互聯網和其它通信網絡相連接,將許多Zigbee局域網相互連成為一個整體。有效的解決移動網的盲區覆蓋問題:我們知道,現有移動網絡在許多地方存在盲區,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網絡進行盲區覆蓋不僅經濟有效,而且往往是現在唯一可行手段。
Zigbee與現有數傳電臺的比較:
1.可靠性高:由于Zigbee模塊的集成度遠比一般數傳電臺高,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,比起一般數傳電臺來,Zigbee收發模塊體積可以做得很小,而且功耗低,例如成都西谷公司遠距離傳輸模塊(2-5公里),最大發射電流比一個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,而且在戶外使用時,不容易受到破壞;
3. 抗干擾力強,保密性好,誤碼率低:Zigbee收發模塊使用的是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的頻率使用費。
5. 價格低: Zigbee數傳模塊的價格只有具有類似功能的數傳電臺的幾分之一;(2.4G,250kps,3-5公里距離DSSS 數傳模塊每只不到1000元人民幣)
怎樣利用Zigbee盡快產生效益:
為了讓大家能更快更好的將Zigbee技術用于解決不同應用領域的實際問題,而不需要深入了解Zigbee網絡本身是如何來工作的,從而大大縮短你系統集成的時間,迅速給你帶來實際經濟效益。
成都西谷曙光數字技術有限公司專門向用戶提供Zigbee無線網絡平臺的演示/應用套件,和具體應用開發培訓。這個套件包括:
1). 5個標準的演示/應用模塊(其中一個用作為與計算機相連的網關節點);
2). 電池,天線等附件;
3). Zigbee網絡功能演示軟件;
4). 每個模塊提供兩個USART接口;
5). 一個標準的串口通信協議,用于將應用模塊與你的計算機和傳感器相連。如果我們的標準串口協議不能滿足你具體應用的需要,原則上,我們可以根據你的具體要求加以修改。
利用這個套件,你可以完全按照有線網絡連接來編制你的應用程序;將實際上的無線網絡,當作一個一般的有線網絡來加以利用。
這個套件,具有如下演示功能:
1.演示Zigbee網絡本身所具有的自動動態組網功能;
2.演示網絡中數據傳輸自動路由,以及數據如何在網絡中傳輸的功能;
3.顯示網絡無線鏈路連接狀況,以及每個網絡節點實際數據傳輸統計的功能;
4.演示整個網絡的多種數據采集功能;
5.演示控制中心對遠端網絡節點的控制功能;
6.更重要的是,它除了具有如上的演示功能外,它還可用于實際網絡布置中檢查無線鏈路連接狀況,對現場網絡節點的具體布置效果進行評估和調整。
這個套件中的每個模塊提供兩個USART接口,供用戶直接編寫自己的應用程序和它用。這樣,用戶可根據自己實際應用的需要,確定所需的網絡節點數量和遠端的具體設置后,就可以編寫具體應用程序軟件。當你的軟件開發工作完成后,就可以直接使用我們提供的標準模塊進行現場安裝設置后,就可以工作了。