【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的第一個規(guī)范，但由于推出倉促，存在一些錯誤。
2006年，推出zigbee 2006，比較完善。
2007年底，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，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、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)從一個傳感器傳到另一個傳感器，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，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。
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？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當(dāng)一隊傘兵空降后，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個節(jié)點工作6～24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。現(xiàn)在，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。
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(fèi)。每塊芯片的價格大約為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)。
⑤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15 ms ，節(jié)點連接進(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)。
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) 。
