1、Zigbee技術(shù)及其應(yīng)用  2013-09-21 21:37:38|  分類： Zigbee技術(shù) |  標(biāo)簽：zigbee  通信  組網(wǎng)  應(yīng)用  |字號 訂閱ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點

2、是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、匯聚節(jié)點(Router)、傳感器節(jié)點(EndDevice)等三種角色。1與此同時，中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為：zigbee作為一種短距離無線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷的為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。起源ZigBee譯為"紫蜂"，它與藍(lán)牙相類似。是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，用于傳感控制應(yīng)用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作組中提出，并由其TG4工作組制定規(guī)

3、范。  2001年8月，ZigBee Alliance成立。2004年，ZigBee V1.0誕生。它是Zigbee規(guī)范的第一個版本。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。2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具備更強(qiáng)的靈活性和遠(yuǎn)程控制能力。2009年開始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan標(biāo)準(zhǔn)作為新一代智能電網(wǎng)Smart Energy(SEP 2.0)的標(biāo)準(zhǔn)，致力于形成全球統(tǒng)一的易于與互聯(lián)網(wǎng)集成的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)通信。隨著美國及全球智能電網(wǎng)的建設(shè)，Zigbee將

4、逐漸被IPv6/6Lowpan標(biāo)準(zhǔn)所取代。ZigBee的底層技術(shù)基于IEEE 802.15.4，即其物理層和媒體訪問控制層直接使用了IEEE 802.15.4的定義。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，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)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，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

5、 Lite。長期以來，低價位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。藍(lán)牙的出現(xiàn)，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，  但是藍(lán)牙的售價一直居高不下，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的物理層和媒體介質(zhì)訪問層。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868/915MHz的無線技術(shù)，用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡(luò)。它是ZigBee應(yīng)用層和網(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

6、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)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)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(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，所以它們的通信效率非常高。互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF也看到了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（或者物聯(lián)網(wǎng)）的廣泛應(yīng)用前景，也加入到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化制定中。以前許多標(biāo)準(zhǔn)化組織和研究者認(rèn)為IP技術(shù)過于復(fù)雜，不適合低功耗、資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此都是采用非IP技術(shù)。在實際應(yīng)用中，如zigbee需要接入互聯(lián)網(wǎng)時需要復(fù)雜的應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)，也不能實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳輸和控制。與此同時，與zig

7、bee類似的標(biāo)準(zhǔn)還有z-wave、ANT、Enocean等，相互之間不兼容，不利于產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。IETF和許多研究者發(fā)現(xiàn)了存在的這些問題，尤其是Cisco的工程師基于開源的uIP協(xié)議實現(xiàn)了輕量級的IPv6協(xié)議，證明了IPv6不僅可以運行在低功耗資源受限的設(shè)備上，而且，比zigbee更加簡單，徹底改變了大家的偏見，之后基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 IETF已經(jīng)完成了核心的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括IPv6數(shù)據(jù)報文和幀頭壓縮規(guī)范 6Lowpan2、 面向低功耗、低速率、鏈路動態(tài)變化的無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 RPL3、以及面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)CoAP4，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)發(fā)布5。IE

8、TF組織成立了IPSO聯(lián)盟，推動該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，并發(fā)布了一些列白皮書6。 IPv6/6Lowpan已經(jīng)成為許多其它標(biāo)準(zhǔn)的核心，包括智能電網(wǎng)Zigbee SEP2.0、工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)ISA100.11a、有源RFID ISO1800-7.4（DASH） 等。IPv6/6Lowpan具有諸多優(yōu)勢： 可以運行在多種介質(zhì)上，如低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網(wǎng)，有利于實現(xiàn)統(tǒng)一通信；IPv6可以實現(xiàn)端到端的通信，無需網(wǎng)關(guān)，降低成本；6Lowpan中采用RPL路由協(xié)議，路由器可以休眠，也可以采用電池供電，應(yīng)用范圍廣，而zigbee技術(shù)路由器不能休眠，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。6Lowpan標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到大量開源軟

9、件實現(xiàn)，最著名的是Contiki7、TinyOS系統(tǒng)，已經(jīng)實現(xiàn)完整的協(xié)議棧，全部開源，完全免費，已經(jīng)在許多產(chǎn)品中得到應(yīng)用。IPv6/6Lowpan協(xié)議將隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，很可能成為該領(lǐng)域的事實標(biāo)準(zhǔn)。特性低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月，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。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(jī)給TI公司的ZigBee提供電源。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

10、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。低速率。ZigBee工作在20250kbps的速率，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。近距離。傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到13km。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(yuǎn)。短時延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點

11、連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要310s、WiFi 需要3 s。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(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用訪問控制清單(Access Control List, 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。免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，915MHz(美國), 868MHz(歐洲), 2. 4GHz

12、(全球) , 。由于此三個頻帶物理層并不相同，其各自信道帶寬也不同，分別為0.6MHz, 2MHz和5MHz。分別有1個, 10個和16個信道。這三個頻帶的擴(kuò)頻和調(diào)制方式亦有區(qū)別。擴(kuò)頻都使用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)，但從比特到碼片的變換差別較大。調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù)，但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。在發(fā)射功率為0dBm的情況下，藍(lán)牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內(nèi)通常能達(dá)到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達(dá)到400米(TI CC2530不加功率放大)。所以ZigBee可歸為低速率的短距離無線通信技術(shù)。無線數(shù)據(jù)

13、傳輸簡單的說，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是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(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，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)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

14、，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(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)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。數(shù)據(jù)采集ZigBee數(shù)據(jù)采集應(yīng)該來說開創(chuàng)了ZigBee技術(shù)的另外一種實用型技術(shù)，ZigBee廠商里面，順舟科技的數(shù)據(jù)采集，具體涉及到模擬量、開關(guān)量的采集，如下表所示：SZ06-XXX-X-X-X-X產(chǎn)品系列傳輸距離輸入輸出接口數(shù)量電源電壓殼體類型SZ06系列-00（高低電平

15、采集）1-16個DC524V-L鋁合金-01(開閉狀態(tài)輸入采集)-02(高低電平控制輸入)-03（開閉狀態(tài)控制輸入）-04（高低電平輸出）-05（4-20MA輸入）-06（0-200MV輸入）-07（0-3.3V輸入）-08（0-5V輸入）-09(DS18B20溫度傳感器)-10(PT100溫度傳感器)-11（AM302溫濕度傳感器）-12（可燃?xì)怏w采集）-13（燈光控制）-14（浸水報警）-15（粉塵檢測）-16（甲醛檢測）說明型號SZ06-200-(05-4-08-2)-L，表示順舟科技SZ06系列無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備、空曠場地傳輸距離為200米、2個類型的輸入接口、4路4-20MA輸入和2路

16、0-5V電壓輸入、鋁合金外殼另外根據(jù)技術(shù)的不同，會有不同的應(yīng)用。比如根據(jù)智能家居又獨立出終端設(shè)備，具體可到順舟科技官網(wǎng)了解。組網(wǎng)通信方式ZigBee技術(shù)所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當(dāng)一隊傘兵空降  zigbee自組織網(wǎng)通信方式后，每人持有一個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

17、么要使用自組織網(wǎng)來通信？網(wǎng)狀網(wǎng)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(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

18、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。在實際工業(yè)現(xiàn)場，預(yù)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(jìn)行及時傳送。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問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。ZigBee與GNU RadioGNU Radio是免費的軟件開發(fā)工具套件。它提供信號運行和處理模塊，用它可以在易制作的低成本的射頻（RF）硬件和通用微處理器上實現(xiàn)軟件定義無線電。這套套件廣泛用于業(yè)余愛好者，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu)用來研究和構(gòu)建無線通信系統(tǒng)。GNU Radio 的應(yīng)用主要是用Python

19、編程語言來編寫的。但是其核心信號處理模塊是C+在帶浮點運算的微處理器上構(gòu)建的。因此，開發(fā)者能夠簡單快速的構(gòu)建一個實時、高容量的無線通信系統(tǒng)。盡管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在沒有射頻RF 硬件部件的境況下支持對預(yù)先存儲和（信號發(fā)生器）生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理的算法的研究。性能1數(shù)據(jù)速率比較低，在2.4GHz的頻段只有250Kb/S，而且這只是鏈路上的速率，除掉信道競爭應(yīng)答和重傳等消耗，真正能被應(yīng)用所利用的速率可能不足100Kb/s，并且余下的速率可能要被鄰近多個節(jié)點和同一個節(jié)點的多個應(yīng)用所瓜分，因此不適合做視頻之類事情。適合的應(yīng)用領(lǐng)域傳感和控制2.在可靠性方面，ZigBee有很多方

20、面進(jìn)行保證。物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應(yīng)用層(APS部分)有應(yīng)答重傳功能。MAC層的CSMA機(jī)制使節(jié)點發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，無法正常工作時，整個網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)的切換到另一個工作信道上。3時延由于ZigBee采用隨機(jī)接入MAC層，且不支持時分復(fù)用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些實時的業(yè)務(wù)。4能耗特性 能耗特性是ZigBee的一個技術(shù)優(yōu)勢。通常ZigBee節(jié)點所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低。在不需要通信時，節(jié)點可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時能耗可能只有正常工作狀態(tài)下的千分之一。由于一般情況下，休眠時間占總運行時間的

21、大部分，有時正常工作的時間還不到百分之一，因此達(dá)到很高的節(jié)能效果。5組網(wǎng)和路由性網(wǎng)絡(luò)層特性ZigBee大規(guī)模的組網(wǎng)能力每個網(wǎng)絡(luò)65000個節(jié)點，而每個藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)只有8個節(jié)點。因為ZigBee底層采用了直擴(kuò)技術(shù)，如果采用非信標(biāo)模式，網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展得很大，因為不需同步而且節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)和重新加入網(wǎng)絡(luò)的過程很快，一般可以做到1秒以內(nèi)，甚至更快。藍(lán)牙通常需要3秒。在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)的路由，所以可以布置范圍很廣的網(wǎng)絡(luò)，并支持多播和廣播特性，能夠給豐富的應(yīng)用帶來有力的支持。學(xué)習(xí)方法ZigBee作為一種個人網(wǎng)絡(luò)的短程無線通信協(xié)議，已經(jīng)日益為大家所熟知，它最大的特點就是低功耗、可組網(wǎng)，特

22、別是帶有路由的可組網(wǎng)功能，理論上可以使ZigBee覆蓋的通訊面積無限擴(kuò)展。相對藍(lán)牙，紅外的點對點通信，和WLAN的星狀通信，ZigBee的協(xié)議就要復(fù)雜得多了。那么我們究竟是該選擇ZigBee芯片去自己開發(fā)協(xié)議呢，還是直接選擇已經(jīng)帶有了ZigBee協(xié)議的模塊直接應(yīng)用呢？ 玩轉(zhuǎn)芯片的代價：開發(fā)時間周期長；人力和技術(shù)儲備雄厚。市場上的ZigBee射頻收發(fā)“芯片”實際上只是一個符合物理層標(biāo)準(zhǔn)的芯片，它只負(fù)責(zé)調(diào)制解調(diào)無線通訊信號，所以必須結(jié)合單片機(jī)才能完成對數(shù)據(jù)的接收發(fā)送和協(xié)議的實現(xiàn)。而單芯片也只是把射頻部分和單片機(jī)部分集成在了一起，不需要額外的一個單片機(jī)，它的好處是節(jié)約成本，簡化設(shè)計電路，但這種單芯片

23、也并沒有包含ZigBee協(xié)議在里面。這兩種情況都需要用戶根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和寄存器的設(shè)置并參照物理層部分的IEEE802.15.4協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層部分的ZigBee協(xié)議自己去開發(fā)所有的軟件部分。這個工程量對于做實際應(yīng)用的用戶來講是很大的，開發(fā)周期以及測試周期都是非常之長的，更由于是無線通訊產(chǎn)品，它的產(chǎn)品質(zhì)量也不是很容易得到保障的。即便許多ZigBee公司都提供自家芯片的ZigBee協(xié)議棧，但這只是提供一種協(xié)議的功能，而并不代表它具有真正的可應(yīng)用性和可操作性，因為它并沒有提供一個對用戶的數(shù)據(jù)接口的詳細(xì)描述，用戶怎么才能不顧及芯片內(nèi)部的程序而很簡單輕松的就把自己的數(shù)據(jù)通過芯片發(fā)送出去，甚至組成路由獲取傳

24、送更遠(yuǎn)方產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，這都不是只包括了ZigBee協(xié)議棧的芯片就能簡單實現(xiàn)的，ZigBee協(xié)議棧只是說它有了協(xié)議的所有組成部分，而究竟怎么把每部分結(jié)合并有條不紊的運轉(zhuǎn)起來，并怎么實現(xiàn)和用戶自己數(shù)據(jù)的協(xié)議通訊？一個只包含了ZigBee協(xié)議棧的芯片是不可能實現(xiàn)得了的。直白點講，這些需要用戶根據(jù)完整的協(xié)議代碼和自己上層的通訊協(xié)議，再去一點一點每個部分的去修改協(xié)議棧中的內(nèi)容，才能完成簡單的數(shù)據(jù)無線收發(fā)，而要完成一條路由，甚至整個網(wǎng)絡(luò)的通信，那調(diào)試測試的時間則會需要更長的。那么對于做實際應(yīng)用的用戶來講將會大大耽誤開發(fā)周期，并且這種具有復(fù)雜協(xié)議的無線產(chǎn)品會具有更多的不定因素，更易受到外界環(huán)境條件的影響，在實

25、際開發(fā)中遇到的問題將會五花八門，難于應(yīng)付。玩轉(zhuǎn)模塊的代價：省去ZigBee開發(fā)周期，能在推廣項目上搶到先機(jī)。ZigBee模塊是已經(jīng)包含了所有外圍電路和完整協(xié)議棧的能夠立即投入使用的產(chǎn)品，已經(jīng)經(jīng)過了廠家的優(yōu)化設(shè)計，和老化測試，有一定的質(zhì)量保證。優(yōu)秀可靠的zigBee應(yīng)用“模塊”具有在硬件上設(shè)計緊湊，體積小，貼片式焊盤設(shè)計，可以內(nèi)置Chip或外置SMA天線，通訊距離從100米到1200米不等，還包含了ADC，DAC，比較器，多個IO，I2C等接口和用戶的產(chǎn)品相對接。軟件上包含了完整的ZigBee協(xié)議棧，并有自己的PC上的配置工具，采用串口和用戶產(chǎn)品進(jìn)行通訊，并可以對模塊進(jìn)行發(fā)射功率，信道等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

26、參數(shù)的配置，使用起來簡單快捷。透傳模塊的好處在于用戶不需要考慮模塊中程序如何運行的，用戶只需要將自己的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到模塊里，然后模塊會自動把數(shù)據(jù)用無線發(fā)送出去，并按照預(yù)先配置好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，和網(wǎng)絡(luò)中的目的地址節(jié)點進(jìn)行收發(fā)通訊了，接收模塊會進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗，如數(shù)據(jù)無誤即通過串口送出。不過大多數(shù)用戶應(yīng)用Zigbee技術(shù)，都會有自己的數(shù)據(jù)處理方式，以致每個節(jié)點設(shè)備都會擁有自己的CPU以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以仍可以把模塊當(dāng)成一種已經(jīng)集成射頻、協(xié)議和程序的“芯片”。國內(nèi)外各個ZigBee芯片廠商及模塊廠商產(chǎn)品比對：各廠商及芯片型號Jennic(JN5148)TI (Chipcon)(CC2530)Free

27、scal(MC13192)EMBER(EM260)ATMEL(LINK-23X)ATMEL(Link-212)工作頻率（Hz）2.42.485G2.42.485G2.42.485G2.42.485G2.42.485G779928M可用頻段數(shù)（個）16161616164無線速率（Kbit/s）2502502502502502000201000發(fā)射功率（dBm）+2.5+4.5+3.6+3+3+10接收靈敏度（dBm）-97-97-92-97-101-110最大發(fā)射電流（mA）15353537.52130最大接收電流（mA）18244241.52014休眠電流（uA）0.21110.280.5工作

28、電壓范圍（V）2.03.62.03.62.03.42.13.61.83.61.83.6硬件自動CSMA-CA有有無無有有硬件自動幀重發(fā)有無無無有有硬件自動幀確認(rèn)有無無無有有硬件自動地址過渡有有無無有有硬件FCS計算功能有有有有有有硬件清除無線通道確認(rèn)有有無無有有硬件RSSI計算功能有有有有有有硬件AES/DES有有有有硬件開放度不開放部分開放部分開放部分開放全開放全開放ZigBee廠家DIGI順舟科技廈門四信得瑞紫蜂上海數(shù)傳深圳鼎泰克北京云天創(chuàng)型號XBee模塊SZ05SZ06F8913ZF1022/3DT8836AADRF1601ATZGB-780F1工作頻率(GHz)2.42.42.42.4

29、2.42.42.4779936M可用頻段數(shù)(個)161616161616164無線速率(Kbps)2502502502502501000250250發(fā)射功率(dBm)025252522不詳410接收靈敏度(dBm)-92-108-108-110-102不詳-96-110發(fā)射電流(mA)45<70<7040<130353429接收電流(mA)50<55<552826不詳2519休眠電流(uA)<1055<0.4<15不詳0.5工作電壓(V)2.83.455-242.03.61.83.61.83.65121.83.6工作溫度()-4080-4085-

30、4085-4580-2070-40 80-4080-4080無PA室內(nèi)通信距離(m)30200200100300不詳100100無PA室外通信距離(m)1002K2K5001.2K100400700（此對比表格都僅對于貼片式便于嵌入的模塊并僅依據(jù)各廠商的產(chǎn)品手冊提供的性能參數(shù)進(jìn)行對比，但是如上海數(shù)傳等廠商，本人在官網(wǎng)上并沒法找到詳細(xì)的產(chǎn)品手冊，也有部分廠商是模棱兩可的參數(shù)說明，如此表格有錯誤的地方，歡迎使用過的或者了解其模塊的朋友可以對表格進(jìn)行修改完善。）國內(nèi)做zigbee模塊的廠商并不多，本人也只是挑選了部分個人熟知的廠商進(jìn)行了一個小對比，部分廠商的產(chǎn)品本人也并未入手進(jìn)行過測試，所以室內(nèi)室外

31、的通信距離本人并不是很清楚。有些廠商會加外部功放，有些并沒有加，以至于通信距離上來說都是不同的，并且無線通信產(chǎn)品特別是ZigBee，環(huán)境對其的通信距離影響很大，各廠商的實測環(huán)境也各不相同（有些是置高，有些是功放較大），產(chǎn)品手冊上的通信距離最好只是作為一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，僅供參考之用。假如對這方面有興趣的朋友，或者正想使用ZigBee進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用的朋友，詢問相關(guān)模塊的時候最好將自己的需求進(jìn)行一個較為清晰的定位，如距離、數(shù)據(jù)量、組網(wǎng)、應(yīng)用場景等。因為Zigbee為近距離、低功耗、小數(shù)據(jù)量的技術(shù)，所以具體應(yīng)用要求比較高，如在不考慮功耗的情況下，對于距離要求較高的應(yīng)用，可以使用號稱點對點能夠傳10Km20K

32、m遠(yuǎn)的XBEE模塊；如溫濕度等數(shù)據(jù)采集，需要功耗較低，數(shù)據(jù)量不大，距離近的可以使用一些公司的低功耗模塊（距離遠(yuǎn)就犧牲了功耗），可以使用順舟科技等公司的模塊。值得一提的是，由于ZigBee采用隨機(jī)接入MAC層，且不支持時分復(fù)用的信道接入方式，部分ZigBee模塊一般會對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，返回ACK等操作（一般射頻芯片等硬件層會自帶，部分公司模塊會在程序上也進(jìn)行相應(yīng)操作），網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)越多，整個網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點采集的數(shù)據(jù)到服務(wù)器的時間就越長，因此不能很好的支持一些實時性要求較高的業(yè)務(wù)。聯(lián)盟ZigBee聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。聯(lián)盟

33、制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。使得聯(lián)盟會員可以利用ZigBee這個標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣ZigBee品牌并爭取市場的關(guān)注；管理技術(shù)的發(fā)展。ZigBee聯(lián)盟對ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定：IEEE802.15.4的物

34、理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會陸續(xù)發(fā)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(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而

35、且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點獲得。1應(yīng)用及前景隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，尤其是各種交通工具的增長更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴(kuò)大道路交通基礎(chǔ)設(shè)施來緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(tǒng)(AdvancedPublicTransportationSystems，APTS)也就應(yīng)運而生，并且成為國內(nèi)研究的熱點。在智能公交系統(tǒng)所涉及的各種技術(shù)中，無線通信技術(shù)尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無線通信技術(shù)，更是得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。市場上也出現(xiàn)了大量與ZigBee相關(guān)的各種產(chǎn)品，根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟

36、的統(tǒng)計分析表明：zigbee雖然廣受推崇，但是在數(shù)據(jù)中，推出zigbee相關(guān)產(chǎn)品的中小型企業(yè)在2012年的發(fā)展并不可觀。其中，比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種：(1)Freescale：MC1319X平臺;(2)Chipcon：SoC解決方案CC2530;(3)Ember：EM250ZigBee系統(tǒng)晶片及EM260網(wǎng)絡(luò)處理器;(4)Jennic的JN5121芯片;經(jīng)過市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)Freescale的MC1319X平臺功耗低、價格低廉、硬件集成度高，方便二次開發(fā)，射頻通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性高。所以，在本文的設(shè)計中選用了MaxStream公司與ZigBee兼容的以FreescaleMC

37、1319x芯片組為核心的XBeeProRF模塊。下面主要介紹XbeePro的特性、接口應(yīng)用、操作模式以及在智能公交無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。1XBeePro模塊的特性與接口XBee模塊的基本性能參數(shù)如下：(1)發(fā)送功率：100mW;(2)接收靈敏度：-92dBm;(3)室內(nèi)傳輸距離為100m，室外傳輸距離為1500m;(4)RF數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps;3XBeePro模塊在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用在站牌處通常會有多輛公交車同時到達(dá)，一個站牌對應(yīng)多輛公交車，適合使用星狀網(wǎng)布線網(wǎng)絡(luò)。但為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，當(dāng)公交車站牌外的通道阻塞時，可以通過其它公交車路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到站牌，本設(shè)計采用網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)模型

38、。可將分布在公交線路上的電子站牌配置為協(xié)調(diào)器，而將到達(dá)的公交車配置為路由器。當(dāng)站牌上ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇一個信道和PANID并啟動時，便建立了一個ZigBee個人局網(wǎng)(PAN)。一旦協(xié)調(diào)器已啟動PAN，便可允許路由器和終端設(shè)備結(jié)點加入PAN。路由器加入PAN時，將收到一個16位的網(wǎng)絡(luò)地址，并且能夠發(fā)送和接收來自PAN內(nèi)其他設(shè)備的數(shù)據(jù)。PAN協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址總是0。由于站牌上ZigBee模塊的網(wǎng)絡(luò)物理地址是唯一的，可以通過物理地址向站牌發(fā)送信息。(5)在3.3V電源下，發(fā)送電流為215mA，接收電流為55mA：(6)在網(wǎng)絡(luò)性能方面，具有DSS(直接序列擴(kuò)頻)功能，可以組成對等網(wǎng)、點對點及點

39、對多點網(wǎng)絡(luò)，具有12個軟件可選的直接序列信道，每個信道有65000個可用網(wǎng)絡(luò)地址。XBeePro模塊體積小，功耗低，接口簡單，容易使用，非常適用于低數(shù)據(jù)速率的短距離通信應(yīng)用，尤其是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)用。XBeePro模塊還提供有免費X-CTU測試軟件以便能夠輕松測試和配置網(wǎng)絡(luò)。該模塊還可以通過下載該公司最新的固件(Firmware)，使用戶在使用原有硬件模塊的基礎(chǔ)上，獲得最新的功能，從而為設(shè)計提供了極大的靈活性。2XBeePro模塊的操作模式XBeePro有空模式、接收模式、發(fā)送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式，如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應(yīng)用程序接口(API)方式兩種操作方式。當(dāng)工作在透明方式時，模塊可起到替代串口線的作用，并以字節(jié)為單位來處理各種信息;當(dāng)工作在API方式下，所有進(jìn)出模塊的數(shù)據(jù)均被包含在定義模塊的操作和事件的幀結(jié)構(gòu)中8。應(yīng)用實例zigbee模塊：ZigBee模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級ZigBee方案，提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設(shè)計，最低功耗小于1mA；提供6路I/O，可實現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有3路I/O還可實現(xiàn)模擬量采集、脈沖計數(shù)等功能。該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的M2M行