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zigbee技術
發布日期:2016-12-28 10:40:03
 

zigbee技術 

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

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通信原因

網狀網通信實際上就是多通道通信,在實際工業現場,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。而這一點對工業現場控制而言則非常重要。

路由方式

所謂動態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。在實際工業現場,預先確定的傳輸路徑隨時都可能發生變化,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聯盟

ZigBee聯盟是一個高速成長的非盈利業界組織,成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。聯盟制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性價比、低功耗的網絡應用規格。

ZigBee聯盟的主要目標是以通過加入無線網絡功能,為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產品。ZigBee技術能融入各類電子產品,應用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業以及工業等市場。使得聯盟會員可以利用ZigBee這個標準化無線網絡平臺,設計出簡單、可靠、便宜又節省電力的各種產品來。

ZigBee聯盟所鎖定的焦點為制定網絡、安全和應用軟件層;提供不同產品的協調性及互通性測試規格;在世界各地推廣ZigBee品牌并爭取市場的關注;管理技術的發展。

標準制定

IEEE組織早在2003年就開始制定IEEE802.15.4標準并發布,2006年進行標準更新,最新針對智能電網應用制定了IEEE802.15.4g標準,針對工業控制應用制定了IEEE802.15.4e標準。IEEE802.15.4系列標準屬于物理層和MAC層標準,由于IEEE組織在無線領域的影響力,以及TISTEmberFreescaleNXP等著名芯片廠商的推動,該標準已經成為無線傳感器網絡領域的事實標準,符合該標準的芯片已經在各個行業得到廣泛應用。

ZigBee聯盟對ZigBee標準的制定:IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數據鏈路層,標準已在20035月發布。ZigBee網絡層、加密層及應用描述層的制定也取得了較大的進展。V1.0版本已經發布。其他應用領域及其相關的設備描述也會陸續發布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞,而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議,因此ZigBee聯盟對其網絡層協議和API進行了標準化。完全協議用于一次可直接連接到一個設備的基本節點的4K字節或者作為Hub或路由器的協調器的32K字節。每個協調器可連接多達255個節點,而幾個協調器則可形成一個網絡,對路由傳輸的數目則沒有限制。ZigBee聯盟還開發了安全層,以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識,而且這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其它節點獲得。

20018月,ZigBee Alliance成立。

2004,ZigBee V1.0誕生。它是zigbee的第一個規范.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,ZigBee PRO推出;

20093月,zigbee RF4CE推出,具備更強的靈活性和遠程控制能力;

2009年開始,zigbee采用了IETFIPv6 6Lowpan標準作為新一代智能電網Smart Energy(SEP 2.0)的標準,致力于形成全球統一的易于與互聯網集成的網絡,實現端到端的網絡通信。隨著美國及全球智能電網的大規模建設和應用,物聯網感知層技術標準將逐漸由zigbee技術向IPv6 6Lowpan標準過渡。

相關標準比較

Zigbee是一種無線自組網技術標準,由Zigbee聯盟制定。近年來,IETF組織也針對物聯網制定了6Lowpan無線自組網技術體系,包括6LowpanIPv6ROLL RPL組網路由、CoAP應用層標準,具有開放、免費、海量地址空間、與互聯網無縫集成等優勢,受到越來越多的關注,并且被Zigbee IP(智能電網)ETSI M2MISA100工業標準等采納,發展迅速,很可能成為物聯網領域的事實標準。因此有必要比較兩種技術標準:

性能指標

Zigbee

6Lowpan

物理層

IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 802.15.4g

工作頻段

2.4GHz

2.4GHz 或者 Sub-GHz

組網協議

AODV路由,適用于無線信號很穩定的場合

RPL組網路由,靈活性高,適合各種應用場合,且鏈路冗余,穩定性好

功耗性能

路由節點不能休眠,無法電池供電

路由節點可以休眠,可以電池供電

網關需求

需要十分復雜的應用層專用網關

屬于IPv6技術,無需網關

HTTP集成

不支持,需要很復雜的轉換

HTTP無縫轉換,集成方便

端到端通信

不支持,與不屬于TCP/IP體系

支持,屬于IPv6體系

地址標識

Zigbee使用網內專用地址,地址為16位或者64位,地址有限,互聯網主機無法訪問

全球唯一的IPv6的地址,地址為128位,永遠用不完,互聯網主機可以直接訪問

開放性

標準開放,協議棧不開源

標準開放,協議棧開源免費

可定制性

無法修改定制

可以任意修改定制,形成最適合應用需求的解決方案

產品認證

需要認證或者加入聯盟,費用高

無需認證

開發接口

Zigbee專用接口

類似于Socket的通用接口

網絡仿真

無相關仿真軟件

Cooja等仿真軟件,對協議驗證及發表論文很有幫助

開源支持

涉及版權問題,與GPL協議沖突,開源組織不支持Zigbee

開源組織強力推動,技術有保障

發展趨勢

Zigbee是孤立的協議,制定較早,逐漸走下坡路

6Lowpan已經被Zigbee IPETSI M2MISA 100.11a等標準采納,最可能成為事實標準

展開

此外,國外的研究者也專門對6Lowpanzigbee兩種技術進行詳細比較和分析,詳見:Zigbee VS 6Lowpan for Sensor Networks

發展前景

隨著我國物聯網正進入發展的快車道,ZigBee也正逐步被國內越來越多的用戶接受。ZigBee技術也已在部分智能傳感器場景中進行了應用。如在北京地鐵9號線隧道施工過程中的考勤定位系統便采用的是ZigBeeZigBee取代傳統的RFID考勤系統實現了無漏讀、方向判斷準確、定位軌跡準確和可查詢,提高了隧道安全施工的管理水平;在某些高檔的老年公寓中,基于ZigBee網絡的無線定位技術可在療養院或老年社區內實現全區實時定位及求助功能。由于每個老人都隨身攜一個移動報警器,遇到險情時,可以及時的按下求助按鈕不但使老人在戶外活動時的安全監控及救援問題得到解決,而且,使用簡單方便,可靠性高。

據中國電信副總工程師靳東濱介紹,預計到2015年國內物聯網市場規模將達到7500億元,年復合增長率超過30%。智慧城市建設成為運營商推進物聯網的重要落腳點。此外,工業和信息化部和財政部已設專項資金用以支持物聯網發展。據悉,2013年投入的專項資金支持預算較2012年有所增長,將超5億元。業內人士預計未來10年內物聯網會大規模普及,其產業規模將遠超互聯網。

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