智能家居主干通信协议 Zigbee技术解析

　　工控摘要：在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。
　　
　　1、Zigbee来源于蓝牙
　　
　　在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对家庭自动化控制和工业遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线数据通信的需求越来越强烈，这种无线数据传输必需是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。
　　
　　2、Zigbee就是一个属于你自己的高可靠的无线数传网络
　　
　　Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里;另外整个Zigbee网络不仅可以“无限”扩展开来，而且还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。
　　
　　不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立;每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到几百元人民币;每个Zigbee网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料;除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。
　　
　　每个Zigbee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。
　　
　　3、Zigbee技术的应用领域
　　
　　Zigbee技术的目标就是针对，工业，家庭自动化，遥测遥控，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。工业现场对无线数据传输的要求及Zigbee技术的特点：低功耗，低数据量（250KPS），低成本，使用免费的ISM频段（2.4G），高的抗干扰性能的直序扩频通信方式（DSSS），高保密性（64位出厂编号和支持AES-128加密），高集成度和高的可靠性;节点模块之间具有自动动态组网的功能，采用了包括网状网在内的拓扑结构，使用了碰撞避免机制，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。
　　
　　4、Zigbee的发展前景
　　
　　Zigbee技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展zui快，市场前景zui广阔的技术中的两个。关于这方面的报道，你只需在百度，或GOOGLE搜索栏中键入“Zigbee”，你就会看到大量的有关报道。总之，今后若干年，都将是Zigbee技术飞速发展的时期。
　　
　　5、Zigbee技术为什麽要使用网状网通信方式?
　　
　　网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地。而这一点对工业现场控制而言则非常重要。
　　
　　6、什麽是自动组网?
　　
　　举一个简单的例子就可以很好地说明这个问题，假如一队伞兵从天而降，他们每人持有一个Zigbee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的Zigbee网络。他们预先并不知道谁与谁为邻。同时，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。
　　
　　7、为什麽网络要采用动态路由的方式?
　　
　　首先，我们必须明白，什麽是动态路由?动态路由，就是指网络中数据传输的路径，并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，并决定它们的远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”，即先选择路径zui近的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路进行传输，以此类推，直到数据包送达目的地为止。在实际工业现场，往往预先确定的传输路径，随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送。动态路由结合网状网拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输。
　　
　　8、Zigbee采用直序扩频的通信方式有什麽好处?
　　
　　同样的频段，不同的通信方式则有很大的差别，例如ASK，FSK，FHSS，DSSS等，从抗*力，通信安全保密性，可靠性都不相同。Zigbee系统和CDMA系统一样，都采用的是直序扩频技术（DSSS），它是一种抗*力*，保密性，可靠性都很高的通信方式。如果你使用过这两种技术的通信产品，你会发现两者在可靠性上有着明显的不同。
　　
　　由于扩频技术在正常通信时所要求的信噪比可以很低，就是说，在干扰很强的环境下，它仍然能够正常工作。根据计算和实验，这相当于它的接收灵敏度提高了7dBm.它也不容易干扰别人。换句话说，它可以使用较低的功率传输更远的距离。关于Zigbee所采用的直序扩频技术的其它许多优点这里不再讨论。
　　
　　9、Zigbee使用的是2.4G免费频段
　　
　　在我国和世界上大多数其他国家，一般使用无线电设备都是要付频率使用费的，包括手机通信，只不过移动运营商已经向国家支付了这笔费用，并通过号码占用费等方式向用户收取了这笔费用。在使用其它无线设备时，你首先要向国家相关部门申请频率使用许可，然后根据你的无线设备所使用的频率，功率大小和数量收取费用。这是一笔不小的费用，一般设备一年往往要交纳几千元的费用。而免费频段，是指各个国家根据各自的实际情况，并考虑尽可能与世界其他国家规定的一致性，而划分出来的一个频段，专门用于工业，医疗以及科学研究使用（ISM频段），不需申请而可以免费使用的频段。我们国家的2.4G频段，就是这样一个频段。然而，为了保证大家都可以合理使用，国家对该频段内的无线收发设备，在不同环境下的使用功率做了相应的限制。例如在城市环境下，发射功率不能超过100mW。