ZigBee無線技術(shù)最適合智能家居,那智能照明呢?
發(fā)布時(shí)間:2016-03-17 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】智能照明漸成趨勢,不少LED企業(yè)都投身到智慧照明領(lǐng)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(lán)牙相類似.是一種新興的短距離無線技術(shù)用于傳感控制應(yīng)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(gè)規(guī)范,但由于推出倉促,存在一些錯(cuò)誤。
2006年,推出zigbee 2006,比較完善。
2007年底,zigbeePRO推出zigbee的底層技術(shù)基于 IEEE 802.15.4,物理層和MAC層直接引用了IEEE 802.15.4。
在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中,人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn),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(lǐng)域而言,藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜、功耗大、距離近、組網(wǎng)規(guī)模太小等,而工業(yè)自動化控制對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈,而且,對于工業(yè)現(xiàn)場,這種無線數(shù)據(jù)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(jīng)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(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home RF Lite。
長期以來,低價(jià)、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(jià)一直居高不下,嚴(yán)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(fù)責(zé)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(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術(shù),用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡(luò)。它是ZigBee應(yīng)用屋和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。
ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案,主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn),在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)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(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器,所以它們的通信效率非常高。
Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)描述
簡單來說,Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò),類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。Zigbee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里,并且支持無限擴(kuò)展。
Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺,在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。
與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是,Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立,因而,它必須具有簡單,使用方便,工作可靠,價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立,每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上,而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。
每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外,每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi),和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接。
Zigbee采用的自組織網(wǎng)通信方式
zigbee技術(shù)所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事?舉一個(gè)簡單的例子就可以說明這個(gè)問題,當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后,每人持有一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端,降落到地面后,只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi),通過彼此自動尋找,很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且,由于人員的移動,彼此間的聯(lián)絡(luò)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(luò),對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。
ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來通信?
網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信,在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場,由于各種原因,往往并不能保證每一個(gè)無線通道都能夠始終暢通,就像城市的街道一樣,可能因?yàn)檐嚨?,道路維修等,使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時(shí)中斷,此時(shí)由于我們有多個(gè)通道,車輛(相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù))仍然可以通過其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)對工業(yè)現(xiàn)場控制而言則非常重要。
為什么自組織網(wǎng)要采用動態(tài)路由的方式?
所謂“動態(tài)路由”是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的,而是傳輸數(shù)據(jù)前,通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索,分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近,然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行傳輸,如傳不通,再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的通路進(jìn)行傳輸,以此類推,直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。
在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場,預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)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(jìn)行及時(shí)傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),就可以很好解決這個(gè)問題,從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢
①低功耗。
在低耗電待機(jī)模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6~24個(gè)月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)?,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(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機(jī)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(lán)牙的1/10) ,降低了對通信控制器的要求,按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)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(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)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(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。
⑤短時(shí)延。Zigbee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)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(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn);同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。
⑦高安全。Zigbee 提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(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(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。
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