简析Zigbee技术的如何实现及性能优势

工程师之余 发表于 2018-10-15 11:39:10 收藏 已收藏
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简析Zigbee技术的如何实现及性能优势

工程师之余 发表于 2018-10-15 11:39:10

Zigbee技术是如何实现的

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网络不仅可以“无限”扩展开来,而且还可以与现有的其它的各种网络连接。

ZigBee通过自组网的方式,以协调器为核心(主要起构建网络和中心节点的作用),其他节点自由加入其构建的网络中,默认组的是mesh网络,自愈性强,组网容量大,如F8913D ZigBee模块或者F8914-E ZigBee终端,可以实现最大100-255个节点互相通信。最远传输距离可达到2KM(海边空旷无遮挡环境),在笔直高速公路上测试也可以达到600-800米。

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是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其在工业中广泛应用的优势就是可以自由组网,且不产生运营费用。但由于其使用的是2。4G高频传输,其穿透性及传输距离都受到制约。实际传输距离几十米到几百米。

简析Zigbee技术的如何实现及性能优势

zigbee技术性能方面的优势

低功耗

由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,在低耗电待机模式下,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比之下蓝牙可以工作数周、WiFi可以工作数小时;这是其它无线设备望尘莫及的。

成本低

通过大幅简化协议是成本很低(不足蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元,ZigBee协议还比较机智地使用免专利费技术。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

短时延

ZigBee的响应速度较快,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,活动设备信道接入的时延为15ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3-10s、WiFi需要3s。设备激活快,点播中的消息确认是微秒级别。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

网络容量大

ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,一个星状结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。同时主节点还可由上一层网络节点管理 并且在一个网络中最多可以有65000个节点连接。

实际CC2530组建的网络基本能达到100个节点。“绿野千传”项目成功部署了1000个节点。

可靠

采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。CSMA-CA,校验以及自动的路由修复都保证了zigbee的无线通信是相对可靠的。

安全

ZigBee提供了基于循环沉余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

自组织和自愈性

协调器自动建立网络,有节点故障时网络可以自我修复。

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