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zigbee技術幾大難題在哪

2017年12月10日 08:59 網絡整理 作者: 用戶評論(0

  盡管 Zigbee技術在2004年,就被列為當今世界發展最快,最具市場前景的十大新技術之一;

  什么是ZigBee

  首先ZigBee是IEEE802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術,主要適合于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備中,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近信息的,也就是蜜蜂依靠著這樣的方式構成了群體中的通信網絡”,因此ZigBee的發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。

  Zigbee技術有哪些特點

  ZigBee的特點主要有以下八個方面:

  (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。相比之下藍牙可以工作數周、WiFi可以工作數小時;

  (2)低成本:通過大幅簡化協議降低成本(不足藍牙的1/10),也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的協議專利免費;

  (3)低速率:ZigBee工作在250kbps的通訊速率,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2.4GHz(全球)頻段。

? ? zigbee技術幾大難題

  關于Zigbee技術的優點,大家在論壇上也進行了許多討論,到目前為止,國內外許多廠商也都開發生產了各種各樣的 Zigbee產品,并在應用推廣上做了大量的工作,然而,實事求是的講,真正完全使用Zigbee技術來解決具體實際問題,有意義的案例則非常有限。 Zigbee似乎成了一種時髦,但眼下還不能做到真正實用的新技術。就其原因,除了作為一種新技術,它本身需要有一個技術改進和成熟,以及市場培育的過程外,我們在長期應用Zigbee技術來解決實際問題的實踐中,還發現如下幾個十分重要,而在短期內我們認為十分難以解決的問題:

  1. Zigbee的核心技術之一,是動態組網和動態路由,即Zigbee網絡考慮了網絡中的節點增減變化,網絡中 的每個節點相隔一定時間,需要通過無線信號交流的方式重新組網,并在每一次將信息從一個節點發送到另一個節點時,需要掃描各種可能的路徑,從最短的路經嘗 試起,這就涉及到無線網絡的管理問題。而這些,都需要占用大量的帶寬資源,并增加數據傳輸的時延。特別是隨著網絡節點數目的增加和中轉次數增多。因而,盡管Zigbee的射頻傳輸速率是250kbps 但經過多次中轉后的實際可用速率將大大降低,同時數據傳輸時延也將大大增加,無線網絡管理也就變得越麻煩。這也就是目前Zigbee網絡在數據傳輸時的主要問題。

  2. Zigbee這個字,從英語的角度來分析,它是由“Zig”和“bee”兩個字組成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路徑,后面一個英文單詞“bee”就是蜜蜂的意思,我們的理解,Zigbee網絡技術,就是模仿蜜蜂信息傳遞的方式,通過網絡節點之間信息的相互互傳,來將一個信息從一個節點傳輸到遠處的另外一個節點。如果按一般標準Zigbee節點,在開闊空間每次數據中轉平均增加50米直線傳輸距離計算,傳輸500米直線距離需要中轉十次;在室內,由于Zigbee所使用的2.4 G的傳輸頻率,一般是通過信號反射來進行傳輸的,由于建筑物的遮擋,要傳輸一定的距離,往往需要使用較多的網絡節點來進行數據中轉,如上述第一條中的分析,這對一個Zigbee網絡來講,并不是一件簡單的事情。當然,我們也可使用放大器來增加Zigbee網絡節點的傳輸距離,然而,這必然要大大增加網絡節點的功耗和成本,失去了Zigbee低成本低功耗的本來目的。而且,在室內使用這種方法來增加傳輸距離,效果也有限。顯然,一種通過中心點在室外,終端模塊在室外的星狀網網絡通信結構更加合理。

  3.Zigbee的核心技術之一,是每一個網絡節點,除了自身作為信息采集點和執行來自中心的命令外,它還承擔著隨時來自網絡的數據中轉任務,這樣,網絡節點的收發機必須隨時處于收發接收狀態,這就是說它的最低功耗至少在20mA左右,一般使用放大器的遠距離網絡節點,其耗電量一般在150mA左右。這顯然很難使用電池驅動來保證網絡節點的正常工作;

  4.由于Zigbee中的每一個節點,都參與自動組網和動態路由的工作,因而每個網絡節點的單片機也就相對復雜一些,成本自然也就高一些。另外,在Zigbee網絡的基礎上進行一些針對具體應用的開發工作的量也就大一些。

  綜上所述,我們認為,Zigbee網絡,實際上在許多情況下,是犧牲了網絡傳輸效率,帶寬以及節點模塊的功耗,來換取在許多實際應用中,并不重要的動態組網和動態路由的功能,因為,在一般情況下,我們的網絡節點和數據傳輸途徑往往都是固定不變的。 因而我們認為,當前Zigbee技術尚未解決的節點耗電問題,網絡數據傳輸的效率較低時延較長的問題,以及數據傳輸距離有限的問題,是當前Zigbee 技術難于得到很好推廣的根本原因。

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( 發表人:李倩 )

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