Zigbee：一种全新的无线网络数据通信技术

[摘要]Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。

Zigbee的由来：

    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。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，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通信的需求越来越强烈。正因此，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。

Zigbee是什么：

    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网络主要是为自动化控制数据传输而建立，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1000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。

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，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，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。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。（成都西谷曙光数字技术公司的专利技术）。

通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：　　

1． 需要数据采集或监控的网点多；

2． 要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；

3． 要求数据传输可性高，安全性高；

4． 设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；

5． 电池供电；

6． 地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；

7． 现有移动网络的覆盖盲区；

8． 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。

9． 使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。

Zigbee 技术的特点： 

        省电：两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间　
        可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，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。　
        时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。
        网络容量大：可支持达65000个节点。
        安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。
        高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密　　

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最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。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。

Zigbee技术在我国的应用情况：

尽管，国内不少人已经开始关注Zigbee这们新技术，而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作，然而，由于Zigbee 本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前为止，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将Zigbee技术开发成产品，并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外，尚未见到其它报道。

Zigbee 和现有移动网（GPRS，CDMA-1X）的比较：

1． 无网络使用费：使用移动网需要长期支付网络使用费，而且是按节点终端的数量计算的，而Zigbee没有这笔费用；

2． 设备投入低：使用移动网需要购买移动终端设备，每个终端的价格在人民币1000元上下，而使用Zigbee 网络，不仅Zigbee网络节点模块（相当于基站）费用每只人民币不到1000元，而且，主要使用的网络子节点（相当于手机）的价格还要低得多；

3． 通信更可靠：由于现有移动网主要是为手机通信而设计的，尽管CDMA-1X和GPRS可以进行数据通信，但实践发现，不仅通信数率比设计速率低很多，而且数据通信的可靠信也存在一定的问题。而Zigbee网络则是专门为控制数据的传输而设计的，因而控制数据的传输具有相当的保证。

4． 高度的灵活性和低成本：首先，通过使用覆盖距离不同，功能不同的Zigbee网络节点，以及其它非Zigbee系统的低成本的无线收发模块，建立起一个Zigbee局部自动化控制网，（这个网络可以是星型，树状，网状及其共同组成的复合网结构）再通过互联网或移动网与远端的计算机相连，从而实现低成本，高效率的工业自动化遥测遥控；

5． 比起现有的移动网来，尽管Zigbee仅仅只是一个局域网，覆盖区域有限，但它却可以与现有的移动网，互联网和其它通信网络相连接，将许多Zigbee局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题：我们知道，现有移动网络在许多地方存在盲区，特别是铁路，公路，油田，矿山等野外，更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的，此时使用Zigbee网络进行盲区覆盖不仅经济有效，而且往往是现在唯一可行手段。

Zigbee与现有数传电台的比较：

1． 可靠性高：由于Zigbee模块的集成度远比一般数传电台高，分离元器件少，因而可靠性更高；

2． 使用方便安全：因为集成度高，比起一般数传电台来，Zigbee收法模块体积可以做得很小，而且功耗低，例如成都西谷公司远距离传输模块（2-5公里），最大发射电流比一个CDMA手机还要小许多，因而很容易集成或直接安放在到设备之中，不仅使用方便，而且在户外使用时，不容易受到破坏；

3． 抗干扰力强，保密性好，误码率低：Zigbee收发模块使用的是2.4G 直序扩频技术，比起一般FSK， ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力，和更远的传输距离；

4． 免费频段：Zigbee使用的是免费频段，而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请，而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费。

5． 价格低： Zigbee数传模块的价格只有具有类似功能的数传电台的几分之一；(2.4G，250kps，3-5公里距离DSSS 数传模块每只不到1000元人民币)

怎样利用Zigbee尽快产生效益：

为了让大家能更快更好的将Zigbee技术用于解决不同应用领域的实际问题，而不需要深入了解Zigbee网络本身是如何来工作的，从而大大缩短你系统集成的时间，迅速给你带来实际经济效益。

成都西谷曙光数字技术有限公司专门向用户提供Zigbee无线网络平台的演示/应用套件，和具体应用开发培训。

这个套件包括：

1). 5个标准的演示/应用模块（其中一个用作为与计算机相连的网关节点）；

2). 电池，天线等附件；

3). Zigbee网络功能演示软件；

4). 每个模块提供两个USART接口；

5). 一个标准的串口通信协议，用于将应用模块与你的计算机和传感器相连。如果我们的标准串口协议不能满足你具体应用的需要，原则上，我们可以根据你的具体要求加以修改。

利用这个套件，你可以完全按照有线网络连接来编制你的应用程序；将实际上的无线网络，当作一个一般的有线网络来加以利用。

这个套件，具有如下演示功能：

1． 演示Zigbee网络本身所具有的自动动态组网功能；

2． 演示网络中数据传输自动路由，以及数据如何在网络中传输的功能；

3． 显示网络无线链路连接状况，以及每个网络节点实际数据传输统计的功能，；

4． 演示整个网络的多种数据采集功能；

5． 演示控制中心对远端网络节点的控制功能；

6． 更重要的是，它除了具有如上的演示功能外，它还可用于实际网络布置中检查无线链路连接状况，对现场网络节点的具体布置效果进行评估和调整。这个套件中的每个模块提供两个USART接口，供用户直接编写自己的应用程序和它用。这样，用户可根据自己实际应用的需要，确定所需的网络节点数量和远端的具体设置后，就可以编写具体应用程序软件。当你的软件开发工作完成后，就可以直接使用我们提供的标准模块进行现场安装设置后，就可以工作了。整个演示/应用套件的售价：只有4950元人民币。额外的模块价格为每只650元人民币。如果需要远距离3-5公里（高增益定向天线）覆盖距离的演示模块，每只需要另外加上350元人民币。