对Zigbee技术的思考 分析其中所出现的应用问题

工程师之余 发表于 2018-09-28 11:20:10 收藏 已收藏
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对Zigbee技术的思考 分析其中所出现的应用问题

工程师之余 发表于 2018-09-28 11:20:10

关于Zigbee技术的优点,大家在论坛 上也进行了许多讨论,到目前为止,国内外许多厂商也都开发生产了各种各样的 Zigbee产品,并在应用推广上做了大量的工作,然而,实事求是的讲,真正完全使用Zigbee技术来解决具体实际问题,有意义的案例则非常有限。 Zigbee似乎成了一种时髦,但眼下还不能做到真正实用的新技术。就其原因,除了作为一种新技术,它本身需要有一个技术改进和成熟,以及市场培育的过程 外,我们在长期应用Zigbee技术来解决实际问题的实践中,还发现如下几个十分重要,而在短期内我们认为十分难以解决的问题:

1. Zigbee的核心技术之一,是动态组网和动态路由,即Zigbee网络考虑了网络中的节点增减变化,网络中的每个节点相隔一定时间,需要通过无线信号交流的方式重新组网,并在每一次将信息从一个节点发送到另一个节点时,需要扫描各种可能的路径,从最短的路经尝试起,这就涉及到无线网络的管理问题。而这 些,都需要占用大量的带宽资源,并增加数据传输的时延。特别是随着网络节点数目的增加和中转次数增多。因而,尽管Zigbee的射频传输速率是 250kbps, 但经过多次中转后的实际可用速率将大大降低,同时数据传输时延也将大大增加,无线网络管理也就变得越麻烦。这也就是目前Zigbee网络在数据传输时的主 要问题。

2. Zigbee这个字,从英语的角度来分析,它是由“Zig”和“bee”两个字组成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路径,后面一个英文单词 “bee”就是蜜蜂的意思,我们的理解,Zigbee网络技术,就是模仿蜜蜂信息传递的方式,通过网络节点之间信息的相互互传,来将一个信息从一个节点传 输到远处的另外一个节点。如果按一般标准Zigbee节点,在开阔空间每次数据中转平均增加50米直线传输距离计算,传输500米直线距离需要中转十次; 在室内,由于Zigbee所使用的2.4 G的传输频率,一般是通过信号反射来进行传输的,由于建筑物的遮挡,要传输一定的距离,往往需要使用较多的网络节点来进行数据中转,如上述第一条中的分 析,这对一个Zigbee网络来讲,并不是一件简单的事情。当然,我们也可使用放大器来增加Zigbee网络节点的传输距离,然而,这必然要大大增加网络 节点的功耗和成本,失去了Zigbee低成本低功耗的本来目的。而且,在室内使用这种方法来增加传输距离,效果也有限。显然,一种通过中心点在室外,终端 模块在室外的星状网网络通信结构个更加合理。

3.Zigbee的核心技术之一,是每一个网络节点,除了自身作为信息采集点和执行来自中心的命令外,它还承担着随时来自网络的数据中转任务,这 样,网络节点的收发机必须随时处于收发接收状态,这就是说它的最低功耗至少在20mA左右,一般使用放大器的远距离网络节点,其耗电量一般在150mA左 右。这显然很难使用电池驱动来保证网络节点的正常工作;

4.由于Zigbee中的每一个节点,都参与自动组网和动态路由的工作,因而每个网络节点的单片机也就相对复杂一些,成本自然也就高一些。另外,在Zigbee网络的基础上进行一些针对具体应用的开发工作的量也就大一些。

5.通信稳定方面目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.4G频率,其衍射能力弱,穿墙能力弱。家居环境中,即使是一扇门,一扇窗,一堵非承重墙,也会让信号大打折扣。当然,有些厂家会使用射频功放,对2.4G信号进行放大,但是这样会造成额外的辐射污染,同时也和ZIGBEE低功耗,节能的初衷背道而驰。

综上所述,我们认为,Zigbee网络,实际上在许多情况下,是牺牲了网络传输效率,带宽以及节点模块的功耗,来换取在许多实际应用中,并不重要的动态组网和动态路由的功能,因为,在一般情况下,我们的网络节点和数据传输途径往往都是固定不变的。因而我们认为,当前Zigbee技术尚未解决的节点耗电问题,网络数据传输的效率较低时延较长的问题,以及数据传输距离有限的问题,是当前Zigbee 技术难于得到很好推广的根本原因。

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