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ZigBee無線技術最適合智能家居,那智能照明呢?

發(fā)布時間:2016-03-17 責任編輯:susan

【導讀】智能照明漸成趨勢,不少LED企業(yè)都投身到智慧照明領域,然而,智能照明用的通信協(xié)議卻分很多種,且相互不兼容。那么那一種協(xié)議最適合用于智能照明呢?有人說是Zigbee。
 
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)。此想法在IEEE 802.15工作組中提出,于是成立了TG4工作組,并制定規(guī)范IEEE 802.15.4。
  
2002年,zigbee Alliance成立。
  
2004年,zigbee V1.0誕生,它是zigbee的第一個規(guī)范,但由于推出倉促,存在一些錯誤。
  
2006年,推出zigbee 2006,比較完善。
  
2007年底,zigbeePRO推出zigbee的底層技術基于 IEEE 802.15.4,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(fā)現(xiàn)藍牙技術盡管有許多優(yōu)點,但仍存在許多缺陷。對工業(yè)、家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領域而言,藍牙技術顯得太復雜、功耗大、距離近、組網規(guī)模太小等,而工業(yè)自動化控制對無線數據通信的需求越來越強烈,而且,對于工業(yè)現(xiàn)場,這種無線數據傳輸必須是高可靠的,并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。因此,經過人們長期努力,Zigbee協(xié)議在2003年正式問世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網絡的通信協(xié)議Home RF Lite。
  
長期以來,低價、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。自從Bluetooth出現(xiàn)以后,曾讓工業(yè)控制、家用自動控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已,但是Bluetooth的售價一直居高不下,嚴重影響了這些廠商的使用意愿。
  
如今,這些業(yè)者都參加了IEEE802.15.4小組,負責制定ZigBee的物理層和媒體介入控制層。IEEE802.15.4規(guī)范是一種經濟、高效、低數據速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術,用于個人區(qū)域網和對等網絡。它是ZigBee應用屋和網絡層協(xié)議的基礎。
  
ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術,它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案,主要用于近距離無線連接。它依據802.15.4標準,在數千個微小的傳感器之間相互協(xié)調實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。
  
Zigbee無線數據傳輸網絡描述
  
簡單來說,Zigbee是一種高可靠的無線數傳網絡,類似于CDMA和GSM網絡。Zigbee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里,并且支持無限擴展。
  
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,在整個網絡范圍內,每一個Zigbee網絡數傳模塊之間可以相互通信,每個網絡節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。
  
與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是,Zigbee網絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數據傳輸而建立,因而,它必須具有簡單,使用方便,工作可靠,價格低的特點。而移動通信網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網絡節(jié)點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行數據采集和監(jiān)控,還可以自動中轉別的網絡節(jié)點傳過來的數據資料。除此之外,每一個Zigbee網絡節(jié)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(jié)點(RFD)無線連接。
  
 
Zigbee采用的自組織網通信方式
  
zigbee技術所采用的自組織網是怎么回事?舉一個簡單的例子就可以說明這個問題,當一隊傘兵空降后,每人持有一個ZigBee網絡模塊終端,降落到地面后,只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內,通過彼此自動尋找,很快就可以形成一個互聯(lián)互通的ZigBee網絡。而且,由于人員的移動,彼此間的聯(lián)絡還會發(fā)生變化。因而,模塊還可以通過重新尋找通信對象,確定彼此間的聯(lián)絡,對原有網絡進行刷新。這就是自組織網。
  
ZigBee技術為什么要使用自組織網來通信?
  
網狀網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(相當于我們的控制數據)仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制而言則非常重要。
 
為什么自組織網要采用動態(tài)路由的方式?
  
所謂“動態(tài)路由”是指網絡中數據傳輸的路徑并不是預先設定的,而是傳輸數據前,通過對網絡當時可利用的所有路徑進行搜索,分析它們的位置關系以及遠近,然后選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。在我們的網絡管理軟件中,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行傳輸,如傳不通,再使用另外一條稍遠一點的通路進行傳輸,以此類推,直到數據送達目的地為止。
  
在實際工業(yè)現(xiàn)場,預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行及時傳送。動態(tài)路由結合網狀拓撲結構,就可以很好解決這個問題,從而保證數據的可靠傳輸。
  
Zigbee自身的技術優(yōu)勢
  
①低功耗。
  
在低耗電待機模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個節(jié)點工作6~24個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時?,F(xiàn)在,TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee節(jié)點。該節(jié)點采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機給TI公司的Zigbee提供電源。
  
②低成本。通過大幅簡化協(xié)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(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。
  
③ 低速率。Zigbee工作在20~250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 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10~100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)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(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網絡只需30 ms,進一步節(jié)省了電能。相比較,藍牙需要3~10 s、WiFi 需要3 s。
  
⑥高容量。Zigbee 可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層網絡節(jié)點管理,最多可組成65000 個節(jié)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(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。
  
⑧免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。
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