ZigBee的起源
ZigBee, 在中國被譯為"紫蜂",它與藍牙相類似。是一種新興的短距離無線技術。
用于傳感控制應用(Sensor and Control)。
ZigBee的底層技術基于 IEEE802.15.4。
物理層和MAC層直接引用了IEEE 802.15.4。
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,家庭自動化控制和工業遙測遙控領域而言,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,對無線數據通信的需求越來越強烈,而且,對于工業現場,這種無線數據傳輸必須是高可靠的,并能抵抗工業現場的各種電磁干擾。
Zigbee自身的技術優勢
1. 低功耗
在低耗電待機模式下,2 節5 號干電池可支持1個節點工作6~24個月,甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。相比較,藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。
2. 低成本
通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節點需要32KB代碼,子功能節點少至4KB代碼,而且Zigbee免協議費。每塊芯片的價格大約為2 美元。
3. 低速率
ZigBee工作在20~250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求。
4. 近距離
傳輸范圍一般介于10~100m 之間,在增加RF發射功率后,亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。
5. 短時延
ZigBee的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms,節點連接進入網絡只需30ms,進一步節省了電能。相比較,藍牙需要3~10s、WiFi需要3s。
6. 高容量
ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節點管理若干子節點,最多一個主節點可管理254個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,最多可組成65000個節點的大網。
7. 高安全
ZigBee提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數據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. 免執照頻段
采用直接序列擴頻在工業科學醫療(ISM) 頻段,2.4 GHz () 、915MHz(美國) 和868MHz(歐洲) 。
9. 網絡的自組織、自愈能力強
ZigBee的自組織功能:無需人工干預,網絡節點能夠感知其他節點的存在,并確定連接關系,組成結構化的網絡;
ZigBee自愈功能:增加或者刪除一個節點,節點位置發生變動,節點發生故障等等,網絡都能夠自我修復,并對網絡拓撲結構進行相應地調整,無需人工干預,保證整個系統仍然能正常工作。
具備自組織、自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統的通信方式。
ZigBee的頻帶
1) 868MHZ 傳輸速率為20KB/S適用于歐洲
2) 915MHZ 傳輸速率為40KB/S 適用于美國
3) 2.4GHZ 傳輸速率為250KB/S通用
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.
不同頻帶的擴頻和調制方式有區別。雖然都使用了直接擴頻(DSSS)的方式,但從比特到碼片的變換方式有較大的差別。
調制方式都用了調相技術,但868MHZ和915MHZ頻段采用的是BPSK,而2.4GHZ頻段采用的是OQPSK,在發射功率為0dBm的情況下,BLUETOOTH通常能用10M的作用范圍。
而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室內通常能達到30-50米作用距離,在室外如果障礙物少,甚至可以達到100米作用距離。
所以ZigBee可歸為低速率的短距離無線通信技術。
Zigbee的應用前景
ZigBee并不是用來與藍牙或者其他已經存在的標準競爭,它的目標定位于現存的系統還不能滿足其需求的特定的市場,它有著廣闊的應用前景。ZigBee聯盟預言在未來的四到五年,每個家庭將擁有50個ZigBee器件,最后將達到每個家庭150個。據估計,到2007年,ZigBee市場價值將達到數億美元。其應用領域主要包括:
◆家庭和樓宇網絡:空調系統的溫度控制、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠程控制等;
◆工業控制:各種監控器、傳感器的自動化控制;
◆商業:智慧型標簽等;
◆公共場所:煙霧探測器等;
◆農業控制:收集各種土壤信息和氣候信息;
◆醫療:老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫療傳感器等。
◆消費性電子設備:電視、DVD、CD機等電器 (含ZigBee功能的手機就可以支持主要遙控器功能)。
◆PC外設:無線鍵盤、鼠標、游戲操縱桿等。
ZigBee的晶振產品
目前,支持ZigBee技術的芯片主要有TI(Chipcon),CC2430,CC2420,CC2530等,主要用到的晶振產品頻率為32.768kHz和32MHz晶振產品。例如使用SMD1612貼片晶振(1.6*1.2*0.35mm),SMD 2016晶體振蕩器(2.0*.1.6*0.75mm),SMD 2012(2.0*1.2*0.6mm)32.768kHz石英晶振,SMD1612(1.6*1.2*0.6mm)TCXO,差分輸出晶體振蕩器(LVDS/LVPECL/HCSL),OCXO(恒溫晶體振蕩器),SMD7050(7.0*5.0*1.4mm)貼片晶體濾波器,SMD3225(3.2*2.5*0.8)聲表諧振器,SMD 2520(2.5*2.0*0.9mm)32.768kHz貼片有源晶振等多款晶振。