Zigbee實現(xiàn)智能家庭

　　智能家庭一直是現(xiàn)代科學技術的一個發(fā)展方向。在您的家里，您可以使用一個簡單的控制器就能控制室內空調系統(tǒng)的運行，同時還可以用它來控制每個房間燈光的開關和明暗、窗簾的閉合和打開。

　　家里如果有老年人或是行動不便者，還可以用它作為緊急呼叫器，電視機和音響也能用它來進行控制。這樣的一個萬能遙控器用 ZigBee技術就能實現(xiàn)。而且不僅如此，如果在您的鍵盤、鼠標、游戲搖桿上裝有 Zigbee元件，它們也都可以變成無線的。 Zigbee還能裝載在家中的煙霧偵測器、門禁系統(tǒng)中，成為您家中安全的保障。

　　2 Zigbee技術

　　Zibee設備是一種拓展性強，易布建，低成本的無線網絡設備，具有低耗電、雙向傳輸和感應功能等特點。Zibee技術的物理層和MAC層標準的制定工作是在IEEE802.15.4任務組中進行。IEEE在2000年 12月成立了802.15.4小組，致力于對較長使用壽命 (電池可以維持數(shù)月至數(shù)年)、低復雜度、可應用于傳感器、互動玩具、智能標記、遠程控制和自動化家庭的低速率通信解決方案的研究。IEEE 802.15.4標準在 2003年5月通過。

　　Zigbee設備工作在2.4GHz全球通用ISM頻段和 868MHz(歐洲ISM頻段)／915MHz(北美ISM頻段)3 個頻段，采用二進制相移鍵控(BPSK)、偏移正交相移鍵控(O-QPSK)調制方式，發(fā)射功率在-3dBm以上，速率可以到達 20／40／250kbit／s。具體的物理層參數(shù)指標參見表1。

　　IEEE 802.15.4定義了一種可選的MAC層超幀結構，超幀包括活躍(Active)和非活躍(Inactive)兩部分。在非活躍部分，設備可以進入低功耗模式(休眠狀態(tài))；在活躍部分又分為競爭期和非競爭期，競爭期提供給以CSMA-CA方式接人的設備使用，非競爭期由若干保障時隙組成，提供給某些需要保留一定數(shù)據(jù)帶寬的設備。這種超幀結構體現(xiàn)了IEEE 802.15.4低功耗的一大特點，非活躍期的引入限制了設備之間收發(fā)信機的開通時間，在無數(shù)據(jù)傳輸時使它們處于休眠狀態(tài)，從而大大節(jié)省了功率開支。

　　Zigbee設備分為全功能設備和精簡功能設備，精簡功能設備相對全功能設備協(xié)議棧簡單并且內存更小，只能和某個全功能設備進行交互。而全功能設備具有完備的IEEE 802.15.4協(xié)議功能，能與其傳輸范圍內的任何節(jié)點進行交互。兩種設備相互組合，可以組成網狀網絡、星型網絡和樹型網絡。

　　Zigbee是第一種用于傳感器與制動器等監(jiān)測和控制應用的開放無線標準。Zigbee采用網格網絡 (MeshNetwork)分布式網絡架構，可提供多條傳輸路徑，故能提高網絡的可靠性和擴展性。網格網絡分布式網絡架構的自我修復能力同時能使 Zigbee網絡穩(wěn)定可靠，亦即網絡只要包含足夠的路由器節(jié)點，就算某個路由器節(jié)點發(fā)生問題，例如操作環(huán)境包含Wi-Fi 等同樣使用ISM頻帶的干擾源，數(shù)據(jù)仍能經由其它路徑抵達目的地，Zigbee網絡即可穩(wěn)定工作。

　　Zigbee技術的主要優(yōu)勢包括：

　　(1)低功耗，省電：由于Zigbee傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量相對少，因而收發(fā)信息的時間少；另外，Zigbee 設備在非工作狀態(tài)可處于睡眠模式，所以非常省電，其電池壽命可持續(xù)幾個月到幾年；即使是電源供電條件下其功耗也遠遠低于Wi-Fi和Bluetooth。

　　(2)高可靠性：由于采用載波偵聽多點接人／沖突避免(CSMA／CA)的媒體訪問控制協(xié)議以及應答式通信機制，每次數(shù)據(jù)發(fā)送成功時都由接收方確認收到，沒有得到確認的數(shù)據(jù)說明發(fā)生了碰撞，可進行重傳。這種機制大大提高了通信的可靠度。

　　(3)網絡可擴充性：Zigbee設備可以使用64bit的 IEEE物理地址，也可以使用l6bit的網絡短地址，這樣整個網絡規(guī)模可達到6.5萬個以上的節(jié)點；另外， Zigbee網絡采用自組織網絡(AdHoeNetwork)的結構，在網絡的組建和維護上都具有相當大的靈活度，因而Zigbee在網絡上的優(yōu)勢不容忽視。

　　(4)架構簡單，易實現(xiàn)，其協(xié)議棧大小約為Blue- tooth的1／4。

　　(5)低成本，目前其芯片的批量購買價格已低于每塊3美元。

　　Zigbee技術可以應用到醫(yī)療衛(wèi)生中的遠程監(jiān)測病人身體狀況、家庭自動化中的照明設備、空調設備、門禁系統(tǒng)的遠程控制，另外在工農業(yè)生產中也有很廣泛的應用，如工業(yè)中的數(shù)據(jù)自動采集和處理，農業(yè)中自動化、網絡化和智能化的遠程控制設備進行播種。

3 ZigBee聯(lián)盟

　　Zigbee聯(lián)盟負責制訂Zigbee技術的網絡層、安全管理、應用層規(guī)范以及互通性測試。Zigbee聯(lián)盟于 2002年8月由Honeywell，Mitsubishi，Motorola．Philips 及In vensys共同成立。其目標是將無線智能系統(tǒng)植入到日常生活的設備中，向用戶提供集靈活性、移動性和簡單易用于一身的終極解決方案。Zigbee 技術將廣泛地嵌入到多種產品和應用中去，這些產品和應用涉及到世界范圍的消費者、商業(yè)、工業(yè)和政府市場。而 Zigbee聯(lián)盟為企業(yè)提供了這樣一種可靠的、高成本效率的、低功耗的、面向自動化和監(jiān)控應用的國際無線網絡標準。

Zigbee聯(lián)盟目前已發(fā)展了200多家成員，共有7 個工作組，即系統(tǒng)架構組(Architecture)、應用框架組 (Application Framework)、網絡組(Network)、安全組 (Security)、認證組(InteroperabilityQualification)、市場組(Marketing)、網關組 (Gateway)。Zigboe聯(lián)盟的主要工作是：

　　(1)定義網絡層、安全管理、應用層規(guī)范。

　　(2)提供互通和一致性測試規(guī)范。

　　(3)在全球范圍內推廣Zigbee品牌、建立市場認知度。

　　(4)負責Zigbee技術的演進。