徹底讀懂物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之ZigBee

1、一文徹底讀懂物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之-ZigBee!智能制造IM 5天前下文采用問答形式向你詳細(xì)地介紹了方方面面，不夸口的說，你所需要知道的關(guān)于 ZigBee的一切，在這里基本可以了解到！點(diǎn)評：這篇文章可以真正讓人明白通訊協(xié)議的含義。文/電子發(fā)燒友    在智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，時下大名鼎鼎的ZigBee可謂是無人不知，無人不曉。作為除了WiFi、藍(lán)牙之外，ZigBee是目前最重要的無線通信協(xié)議之一，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件等領(lǐng)域。關(guān)于ZigBee，下文采用問答形式向你詳細(xì)地介紹了方方面面，不夸口的說，你所需要知道的關(guān)于 ZigBee的一切，在這里基本可以了解到！Cha

2、pter1起源歷史篇    1ZigBee起源什么技術(shù)？     在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈，而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn) 場的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，ZigBee協(xié)議在2003年中正式問世了。另外，ZigBee使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home RF Lite。  

3、   2什么是ZigBee？     首先ZigBee的Mac層、PHY層是 IEEE802.15.4協(xié)議的。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動 控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉 所在方位和遠(yuǎn)近信息的，也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”，因此ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來形象地描述這種 無線信息傳輸技術(shù)。  

4、60;       3ZigBee技術(shù)有哪些特點(diǎn)？     ZigBee的特點(diǎn)主要有以下幾個方面：     （1）低功耗：在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點(diǎn)工作6-24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時；     （2）低成本：通過大幅簡化協(xié)議是成本很低（不足藍(lán)牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預(yù)測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)

5、少至4KB代碼，而且ZigBee的協(xié)議專利免費(fèi)；     （3）低速率：ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求；     （4）近距離：傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)；     （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(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3-10s、WiFi需要3s；&

6、#160;    （6）高容量：ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)；同時主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個節(jié)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)（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，915MHz（美國），868MHz（歐洲），2.4GHz（全球）。

7、     由于此三個頻帶物理層并不相同，其各自信道帶寬也不同，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(kuò)頻和調(diào)制方式亦有區(qū)別。擴(kuò)頻都使用直接序列擴(kuò)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)，但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。     在發(fā)射功率為0dBm的情況下，藍(lán)牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內(nèi)通常能達(dá)到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達(dá)到400米（TI CC2530不加功率放

8、大）。     所以，ZigBee可歸為低速率的短距離無線通信技術(shù)。     4為什么說ZigBee是順應(yīng)工業(yè)自動化對可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需求而產(chǎn)生的？     ZigBee 技術(shù)本身，就是因為蘭牙技術(shù)不能滿足工業(yè)自動化中，對低數(shù)據(jù)量，低成本，低功耗，高可靠性的無線數(shù)據(jù)通信的需求而產(chǎn)生的。因為，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù) 據(jù)傳輸必需是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。ZigBee技術(shù)中，使用網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自動路由，動態(tài)組網(wǎng)，直序擴(kuò)頻的方式。就是為了滿足工 業(yè)自動化控制現(xiàn)場的這種需要。Cha

9、pter2通信技術(shù)篇    1ZigBee使用那種協(xié)議？     IEEE802.15.4協(xié)議，這是一種低傳送速率的無限PAN的協(xié)議。在標(biāo)準(zhǔn)化方面，IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。     2為什么ZigBee無線通信使用2.4G頻段是免費(fèi)頻段？     在我國和世界上大多數(shù)其他國家，一般使用無線電設(shè)備都是要付頻率使用費(fèi)的，包括手機(jī)通信，只不過移動運(yùn)營商已經(jīng)

10、向國家支付了這筆費(fèi)用，并通過號碼占用費(fèi)等方式向用戶收取了這筆費(fèi)用。在使用其它無線設(shè)備時，你首先要向國家相關(guān)部門申請頻率使用許可，然后根據(jù)你的無線設(shè)備所使用的頻率，功率大小和數(shù)量收取費(fèi)用。 這是一筆不小的費(fèi)用，一般設(shè)備一年往往要交納幾千元的費(fèi)用。而免費(fèi)頻段，是指各個國家根據(jù)各自的實際情況，并考慮盡可能與世界其他國家規(guī)定的一致性，而劃 分出來的一個頻段，專門用于工業(yè)，醫(yī)療以及科學(xué)研究使用（ISM頻段），不需申請而可以免費(fèi)使用的頻段。我們國家的2.4G頻段，就是這樣一個頻段。然而，為了保證大家都可以合理使用，國家對該頻段內(nèi)的無線收發(fā)設(shè)備，在不同環(huán)境下的使用功率做了相應(yīng)的限制。例如在城市環(huán)境下，發(fā)射功

11、率不能超過 100mW。     3ZigBee僅適合近距離通信嗎？     ZigBee局域網(wǎng)絡(luò)不僅可以通過提高每個節(jié)點(diǎn)模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，而且還可以通過傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)去監(jiān)控路途遙遠(yuǎn)的ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。但是，在進(jìn)行擴(kuò)張要注意的是：     （1）隨著發(fā)射功率的增加，耗電量自然要增大，只要求耗電也大，便會失去ZigBee本身電能消耗很低的優(yōu)勢；     （2）盡管2.4Ghz是免費(fèi)頻段，但是不能超過電波法中對于最大功率的限制。 &

12、#160;   4ZigBee采用直序擴(kuò)頻的通信方式有什么好處？     同樣的頻段，采用不同的通信方式則結(jié)果也許會有很大的差別，例如ASK，F(xiàn)SK，F(xiàn)HSS，DSSS等的抗干擾能力，通信安全保密性，可靠性都各不相同。 ZigBee系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)一樣，都采用的是直序擴(kuò)頻技術(shù)（DSSS），它是一種抗干擾能力極強(qiáng)，保密性和可靠性都很高的通信方式。如果你使用過這兩種技術(shù)的通信產(chǎn)品，你會發(fā)現(xiàn)兩者在可靠性上不同凡響。     由于擴(kuò)頻技術(shù)在正常通信時所要求的信噪比可以很低，也就是說，在干擾很強(qiáng)的環(huán)境下，它仍然能夠正常工作。根據(jù)計算

13、和實驗，這相當(dāng)于接收靈敏度提高了7dBm。它也不容易干擾別人。換句話說，它可以使用較低的功率傳輸更遠(yuǎn)的距離。下面引用擴(kuò)頻技術(shù)優(yōu)越性有關(guān)的一些資料供參考：     CDMA 是繼世界上推出數(shù)字通信技術(shù)之后，1995年又推出的一種新型數(shù)字蜂窩技術(shù)，它利用數(shù)字傳輸方法，采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，大幅度地提高了頻率利用率，具有容量 大、覆蓋范圍廣、手機(jī)功耗小、話音質(zhì)量高的突出優(yōu)點(diǎn)，將移動通信技術(shù)推向發(fā)展新階段。CDMA（碼分多址連接）蜂窩系統(tǒng)與FDMA（頻分多址連接）和 TDMA（時分多址連接）系統(tǒng)相比，CDMA系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：     （1）

14、抗干擾性能好由于CDMA 經(jīng)過擴(kuò)頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。     （2） 抗多徑衰落能力強(qiáng)多徑衰落是影響移動通信質(zhì)量的一個突出問題，通常必須采取空間分集、自適應(yīng)均衡等技術(shù)加以克服，還有較大衰落余量。CDMA系統(tǒng)可以利用 多徑信號提供路徑分集，這樣不但緩和瑞利衰落，而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落，從而大大提Qualcomm.html target=_blank高通信質(zhì)量。     （3）系統(tǒng)容量增大對于FDMA與TDMA，若小區(qū)的頻點(diǎn)或時隙一 分配完，則小區(qū)就不能接收新的呼叫，容量有硬性限

15、制。而CDMA是干擾受限系統(tǒng)，在指定的干擾電平下，即使用戶數(shù)已達(dá)到限定數(shù)目時，也還允許增加個別用 戶，其缺點(diǎn)是造成話音質(zhì)量下降。業(yè)務(wù)提供者可在容量與話音質(zhì)量之間進(jìn)行平衡。CDMA精確的功率控制和軟切換技術(shù)大大降低了干擾信號的強(qiáng)度和所需的信噪比 要求，而且有效地采用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接收、功率控制。據(jù)介紹，CDMA信噪比是DAMPS、TDMA的3.7倍，是TACS的 11.2倍，是AMPS的13.6倍，是FM/FDMA方式的20倍。     （4）通信質(zhì)量好CDMA系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻技 術(shù)，綜合應(yīng)用時間分集、頻率分集、空間分集、路徑分集等多種分集

16、技術(shù)克服多徑效應(yīng)，可以獲得很強(qiáng)的抗干擾能力，加上它在越區(qū)切換時采用先建立后中斷的軟切 換技術(shù)，保證了CDMA的通信質(zhì)量，特別在越區(qū)切換時無乒乓效應(yīng)。本系統(tǒng)屬寬帶低噪比，波形允許采用高冗余度糾錯編碼和高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)來確保高質(zhì)量話音 和數(shù)據(jù)傳輸。     （5）頻率利用率高CDMA系統(tǒng)的同一頻率，可以在所有小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，其頻率復(fù)用率為2/3（FDMA和TDMA的頻率復(fù)用率為1/7），不需要FDMA和TDMA那樣進(jìn)行頻率配置，大大簡化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入。     （6）多址能力強(qiáng)CDMA系統(tǒng)多址能力決定擴(kuò)頻編碼間的多址干擾大小，它與

17、使用的擴(kuò)頻編碼方案有關(guān)，與同時發(fā)送信號的用戶間的多址干擾（即擴(kuò)頻編碼的相關(guān)特性） 有關(guān)，與允許的接收質(zhì)量有關(guān)（輸出信噪比），因此同時工作用戶間的多址干擾越低，能允許的接收質(zhì)量越低，CDMA技術(shù)的多址能力就越強(qiáng)。     （7）高度可靠的保密安全性CDMA移動通信系統(tǒng)是一個保密通信系統(tǒng)，若再加一定的加密算法技術(shù)，能大大提高通信保密性能，這是FDMA、TDMA系統(tǒng)所無法比 擬的。分析其采用的擴(kuò)頻系統(tǒng)，要想截獲別人的通信內(nèi)容幾乎是不可能的，如只要機(jī)內(nèi)鋰電池不放完電，它以512KHz的時鐘頻率加以改變其序列的即時狀態(tài)， 即使是連續(xù)工作，它的擴(kuò)頻地址序列周期也長達(dá)7年。它還

18、可以方便地在CDMA系統(tǒng)設(shè)置和改變主密鑰、副密鑰、擴(kuò)頻碼表、標(biāo)準(zhǔn)加密算法等，使通信的保密性更 為可靠。     （8）手機(jī)功耗小CDMA采用功率控制后，僅在衰落期間調(diào)高發(fā)射功率電平，從而使平均發(fā)射功率減小，F(xiàn)DMA的 最小功率為5mW、平均發(fā)射功率為794 mW、峰值功率為3W，而CDMA的最小功率為2.3mW、平均發(fā)射功率為5 mW、 峰值功率為100mW。由此可見CDMA的平均發(fā)射功率和最大發(fā)射功率比FDMA低，從而使系統(tǒng)容量增加，減少了小區(qū)數(shù)和降低設(shè)備成本。    5ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺的比較有哪些特點(diǎn)？   &

19、#160; 其優(yōu)點(diǎn)如下：     （1） 可靠性高：由于ZigBee模塊的集成度遠(yuǎn)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(jī)還要小許多，因而很容易集成或直接安放在到設(shè)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(qiáng)，保密性好，誤碼率低：ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G 直序擴(kuò)頻技術(shù)，比起一般FSK，ASK和跳頻的數(shù)

20、傳電臺來，具有更好的抗干擾能力，和更遠(yuǎn)的傳輸距離；     （4） 免費(fèi)頻段：ZigBee使用的是免費(fèi)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(dāng)?shù)念l率使用費(fèi)；     （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(lán)牙技術(shù)？     摩爾實驗室（MORLAB）經(jīng)過近段時間對ZigBee技術(shù)的研究及相關(guān)測試實踐總結(jié)出如下幾點(diǎn)，這也是ZigBee產(chǎn)品

21、抗干擾能力強(qiáng)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(shù)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(jī)制中提供CCA的能力，即如果信道被其他設(shè)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

22、能量，若信號能量低于某一個門限量，則認(rèn)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(kuò)頻信號和載波頻率；     （3）綜合前兩種模式，同時檢測信號強(qiáng)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(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組織和維護(hù)）。首先要掃描所有的信道，然后確認(rèn)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

23、上，協(xié)調(diào)器上層的軟件要應(yīng)用信道算法選擇一個新的信道。     3、信道算法：     在網(wǎng)絡(luò)初始化或者響應(yīng)中斷時，ZigBee 設(shè)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(jìn)行動態(tài)信道選擇，按照上述空閑信道來設(shè)置信道表參數(shù)，以便加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的共存性能。     在嚴(yán)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(shè)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(kuò)頻技術(shù)（DSSS） 和頻率快變FA： 

24、60;   直接序列擴(kuò)頻技術(shù)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(shù)（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(dá)到3050m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(dá)10-9 ，要達(dá)到同樣誤碼率，Wi-Fi要達(dá) 10dB，藍(lán)牙高達(dá)16dB， ZIGBEE的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍(lán)牙技術(shù)。     5、應(yīng)答重傳和幀緩存： 

25、60;   ZigBee的MAC層和應(yīng)用層（APS部分）具有自動請求重傳ARQ和幀緩存功能。當(dāng)傳送數(shù)據(jù)幀給設(shè)備時，如果接收設(shè)備處于忙或者休眠狀態(tài)而不能接收該幀，那么網(wǎng)絡(luò)的主協(xié)調(diào)設(shè)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?yīng)用場合。目前ZiBee產(chǎn)品在CE認(rèn)證中主要采用的測試標(biāo)準(zhǔn)為EN300328、而在FCC中則主要采用Part 15C的測試。Chapter3網(wǎng)絡(luò)技術(shù)篇    1ZigBee是具有怎樣的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)

26、絡(luò)？     簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(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，并且支持無線擴(kuò)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(luò)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(luò)數(shù)傳模塊類似 移動網(wǎng)絡(luò)的一個基站，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個網(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

27、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(diǎn)。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(luò)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無線連接。     每個Zig

28、Bee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD和RFD）可以支持多達(dá)31個的傳感器和受控設(shè)備，每一個傳感器和受控設(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。     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(dāng)一隊傘兵空降后，每人持有一個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(luò)。他們預(yù)先無法判斷誰雨，而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡(luò)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

29、聯(lián)絡(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。     3ZigBee技術(shù)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(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)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

30、動態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸 的路徑并不是預(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時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。     在實際工業(yè)現(xiàn)場，預(yù)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(jìn)行及時傳送。動態(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問題，從而保證數(shù)

31、據(jù)的可靠傳輸。     智能家居行業(yè)交流Q群：80748603     1ZigBee和現(xiàn)有的通信移動網(wǎng)（GPRS，CDMA-1X）比較有哪些特點(diǎn)？     其特點(diǎn)為：     （1）無網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)：使用移動網(wǎng)需要長期支付網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)，而且是按節(jié)點(diǎn)終端的數(shù)量計算的，而ZigBee沒有這筆費(fèi)用；     （2）設(shè)備投入低：使用移動網(wǎng)需要購買移動終端設(shè)備，每個終端的價格在人民幣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

32、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(jī)通信而設(shè)計的，盡管CDMA-1X和GPRS可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但實踐發(fā)現(xiàn)，不僅通信速率比設(shè)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(luò)則是專門為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設(shè)計的，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)的低成本的無線收發(fā)模塊，建

33、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(yuǎn)端的計算機(jī)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(kuò)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(luò)相連接。并通過這些網(wǎng)絡(luò)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(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。而增加一個移動基站或直放站的費(fèi)用是相當(dāng)可觀的，此時使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行盲區(qū)

34、覆蓋不 僅經(jīng)濟(jì)有效，而且往往是現(xiàn)在唯一可行手段。     6ZigBee怎樣實現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測遙控？     ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程操控。你也可以通過其它網(wǎng)絡(luò)，將兩個或多個局部ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接在一起。Chapter4市場應(yīng)用篇    1ZigBee技術(shù)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？     ZigBee技術(shù)的目標(biāo)就是針對，工業(yè)，家庭自動化，遙測遙控，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力

35、，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。     2ZigBee實現(xiàn)了哪些工業(yè)現(xiàn)場對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?#160;    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)模塊之間具有自動動態(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ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?#160;    3ZigBee可以在哪些方

36、面拓展應(yīng)用？     ZigBee 應(yīng)用：其范圍非常廣泛，可以針對工業(yè)自動化、家庭自動化、遙測遙控、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)療護(hù)理、油田、電力、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。     實際應(yīng)用舉例如下：照明控制、環(huán)境控制、自動讀表系統(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)頂盒及萬能遙控器、暖氣控制、家 庭安防、工業(yè)和樓宇自動化。另外它還可以對局部區(qū)域內(nèi)移動目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。     4凡符合什么條件的短距離通信就可以考慮采用ZigBee技術(shù)？ 

37、0;   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：     （1）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；     （6）地形復(fù)雜，監(jiān)測點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；  

38、60; （7）對于那些現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)進(jìn)行覆蓋；     （8）已經(jīng)使用了現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng)。     5ZigBee技術(shù)在我國的應(yīng)用情況怎樣？     盡管國內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注ZigBee這項新技術(shù)，而且也有不少企業(yè)開始涉足ZigBee技術(shù)的開發(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，所以對于初期開發(fā)的企業(yè)來說具有一定的技術(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)用還有待時日。

39、     但是目前已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會得到更大的應(yīng)用。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識到，基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上成熟，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展。    五、ZigBee聯(lián)盟     1ZigBee聯(lián)盟的使命是什么？     ZigBee聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.

40、15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。     2ZigBee聯(lián)盟的目標(biāo)是什么？     ZigBee 聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民 用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。使得聯(lián)盟會員可以利用ZigBee這個標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。     3ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)是什么？     其焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全

41、和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣ZigBee品牌并爭取市場的關(guān)注；管理技術(shù)的發(fā)展。     4ZigBee聯(lián)盟在標(biāo)準(zhǔn)上所做的工作是什么？     ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會陸續(xù)發(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)

42、絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié) 或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點(diǎn)，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。 ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)獲得。     ZigBee 聯(lián)盟強(qiáng)調(diào)設(shè)備的互通性：很多近距離電子產(chǎn)品嵌入了ZigBee模塊都已具有ZigBee功能，還有許多各種產(chǎn)品預(yù)留了ZigBee的接口以備日后隨時升 級。各類網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)也得到進(jìn)一步開發(fā)，網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品支持Zig

43、Bee系統(tǒng)與家居控制網(wǎng)絡(luò)、智能建筑網(wǎng)絡(luò)及商用網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有的設(shè)施互聯(lián)等。     5ZigBee聯(lián)盟董事會成員有哪些企業(yè)？     以“推動者”身份加入ZigBee聯(lián)盟并成為聯(lián)盟董事會成員的企業(yè)有十六家：     康卡斯特有線（ComcastCable）     艾創(chuàng)（ItronInc.）     克羅格（TheKroger Co.）     蘭吉爾（Landis+Gyr）     羅格朗（

44、Legrand Group）     美的集團(tuán)（Midea Group）     恩智浦半導(dǎo)體（NXPSemiconductors）     飛利浦（Philips）     施耐德（Schneider Electric）     芯科（SiliconLabs）     三星（SmartThings     尚飛（SOMFY）     德州儀器（TexasI

45、nstruments）     物聯(lián)傳感（Wulian）     華為（HUAWEI）     立達(dá)信（LEEDARSON）     6ZigBee聯(lián)盟高層有哪些人員？     ZigBee聯(lián)盟主席兼首席執(zhí)行官：Tobin Richardson。     ZigBee聯(lián)盟董事會主席：John E. Osborne II（立達(dá)信）     ZigBee聯(lián)盟董事會副主席： 

46、0;   Jean-Pierre Desbenoit（施耐德電氣）     HansDollee（恩智浦半導(dǎo)體）     Musa Unmehopa（飛利浦照明）     Bruno Vulcano（羅格朗集團(tuán)）     David Randolph Hoelscher（華為）     Juston Zhu 朱劍（物聯(lián)傳感）（第一個華人副主席，也是第一個亞洲人副主席）     ZigBee聯(lián)盟財務(wù)官：Jea

47、n-Michel Orsat（尚飛集團(tuán)）     ZigBee聯(lián)盟董事會秘書：Michael Koster（三星/ SmartThings）Chapter6ZigBee3.0技術(shù)     極客公園一篇為什么要裝這么多 App 去控制我的智能家電？的文章在智能家居圈子引起了很大的反響，直擊了智能家居行業(yè)不同廠家的產(chǎn)品不能互聯(lián)互通的行業(yè)痛點(diǎn)。文章中寫到智能家居行業(yè)中如此多的APP給用戶造成很大的困擾。用戶如果需要使用不同廠商生產(chǎn)的智能設(shè)備，必須購買不同廠商的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備和使用不同廠家的APP去控制智能設(shè)備，這極大的降低了用戶購買和使用

48、智能家居產(chǎn)品的熱情。那么造成智能家居不能實現(xiàn)互聯(lián)互通的根本原因是什么呢？那還得從智能家居產(chǎn)業(yè)鏈說起。     1智能家居的產(chǎn)業(yè)鏈與互聯(lián)互通     智能家居產(chǎn)業(yè)鏈分為協(xié)議（或稱標(biāo)準(zhǔn)）提供商、IC芯片廠家（通常也是軟件協(xié)議棧提供商）、解決方案商、智能家居產(chǎn)品商。我們主要從智能家居產(chǎn)業(yè)鏈的源頭協(xié)議說起。     智能家居的主流協(xié)議主要分為：Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave。     Wi-Fi協(xié)議主要由于高功率、組網(wǎng)相對復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)少等原因不能夠大規(guī)模應(yīng)用于智能家居的設(shè)備中，

49、但由于Wi-Fi高傳輸率的特性非常適合應(yīng)用于智能攝像頭等智能家居產(chǎn)品。所以Wi-Fi協(xié)議在智能家居中角色主要是作為補(bǔ)充協(xié)議存在。     Z-Wave協(xié)議由于低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信、互通性高在歐洲得到了比較廣泛的應(yīng)用，Z-Wave的網(wǎng)關(guān)是可以控制不同廠家基于Z-Wave協(xié)議的設(shè)備，但是由于Z-Wave在頻段在908.42MHz（美國）868.42MHz（歐洲）之間，這個區(qū)間的頻段在中國屬于工業(yè)頻段，不能夠民用，所以Z-Wave協(xié)議在國內(nèi)計幾乎沒有應(yīng)用。     ZigBee協(xié)議憑借低功耗、網(wǎng)狀組網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)多、高

50、安全性等屬性成為在智能家居行業(yè)應(yīng)用最廣泛的協(xié)議。只可惜，ZigBee協(xié)議最大的問題是互通性不好，不同廠家雖然都是采用ZigBee協(xié)議，但是就是不能互相控制。    2ZigBee的前世今生     ZigBee協(xié)議的誕生源于對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求。為了滿足不同的應(yīng)用背景，ZigBee聯(lián)盟先后頒布：ZigBee Home AutomaTIon （ZigBee HA）， ZigBee Light Link（ZigBee LL）， ZigBee Building AutomaTIon（ZigBee BA）， ZigBee Retail Services（

51、ZigBee RS）， ZigBee Health Care（ZigBee HC）， ZigBee TelecommunicaTIon services（ZigBee TS） 等應(yīng)用層協(xié)議來滿足智能家居、智能照明、智能建筑、智能零售、智能健康、智能通信服務(wù)等領(lǐng)域。     問題是這些應(yīng)用層協(xié)議是獨(dú)立不互通的。由于早期ZigBee版本由于標(biāo)準(zhǔn)化做的不好，給了廠商太多選擇，很多廠商雖然采用了ZigBee HA的協(xié)議，但是終端的智能家居廠商根據(jù)自家的需求定制化了ZigBee HA，而非標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議，導(dǎo)致不同廠家產(chǎn)品還是不能互聯(lián)互通。也有點(diǎn)類似于Android，不

52、同手機(jī)廠商都是采用Android系統(tǒng)，但是都進(jìn)行了大量的定制化，導(dǎo)致最后的手機(jī)系統(tǒng)也是千差萬別。          ZigBee聯(lián)盟對于ZigBee HA的標(biāo)準(zhǔn)化問題也是傷透了腦筋，為此，還專門組織一批組織機(jī)構(gòu)做ZigBee HA認(rèn)證，比如最新的ZigBee HA1.2認(rèn)證，只要經(jīng)過ZigBee HA1.2認(rèn)證的產(chǎn)品就能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通。     智能家居不能互聯(lián)互通的根本原因是應(yīng)用智能家居最廣泛的ZigBee協(xié)議有很多應(yīng)用層協(xié)議，不同的應(yīng)用層協(xié)議彼此是獨(dú)立不互通的；另外即使采用相同的應(yīng)用層協(xié)議，也