Zigbee實現(xiàn)智能家庭

　　智能家庭一直是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(nèi)空調(diào)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(guān)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(jìn)行控制。這樣的一個萬能遙控器用 ZigBee技術(shù)就能實現(xiàn)。而且不僅如此，如果在您的鍵盤、鼠標(biāo)、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(shù)

　　Zibee設(shè)備是一種拓展性強，易布建，低成本的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有低耗電、雙向傳輸和感應(yīng)功能等特點。Zibee技術(shù)的物理層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)的制定工作是在IEEE802.15.4任務(wù)組中進(jìn)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?jǐn)?shù)月至數(shù)年)、低復(fù)雜度、可應(yīng)用于傳感器、互動玩具、智能標(biāo)記、遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)在 2003年5月通過。

　　Zigbee設(shè)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(jìn)制相移鍵控(BPSK)、偏移正交相移鍵控(O-QPSK)調(diào)制方式，發(fā)射功率在-3dBm以上，速率可以到達(dá) 20／40／250kbit／s。具體的物理層參數(shù)指標(biāo)參見表1。

　　IEEE 802.15.4定義了一種可選的MAC層超幀結(jié)構(gòu)，超幀包括活躍(Active)和非活躍(Inactive)兩部分。在非活躍部分，設(shè)備可以進(jìn)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(shè)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(shè)備。這種超幀結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)備分為全功能設(shè)備和精簡功能設(shè)備，精簡功能設(shè)備相對全功能設(shè)備協(xié)議棧簡單并且內(nèi)存更小，只能和某個全功能設(shè)備進(jìn)行交互。而全功能設(shè)備具有完備的IEEE 802.15.4協(xié)議功能，能與其傳輸范圍內(nèi)的任何節(jié)點進(jìn)行交互。兩種設(shè)備相互組合，可以組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)和樹型網(wǎng)絡(luò)。

　　Zigbee是第一種用于傳感器與制動器等監(jiān)測和控制應(yīng)用的開放無線標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee采用網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò) (MeshNetwork)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可提供多條傳輸路徑，故能提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和擴展性。網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的自我修復(fù)能力同時能使 Zigbee網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，亦即網(wǎng)絡(luò)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(jīng)由其它路徑抵達(dá)目的地，Zigbee網(wǎng)絡(luò)即可穩(wěn)定工作。

　　Zigbee技術(shù)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(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)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(rèn)收到，沒有得到確認(rèn)的數(shù)據(jù)說明發(fā)生了碰撞，可進(jìn)行重傳。這種機制大大提高了通信的可靠度。

　　(3)網(wǎng)絡(luò)可擴充性：Zigbee設(shè)備可以使用64bit的 IEEE物理地址，也可以使用l6bit的網(wǎng)絡(luò)短地址，這樣整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_(dá)到6.5萬個以上的節(jié)點；另外， Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用自組織網(wǎng)絡(luò)(AdHoeNetwork)的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)的組建和維護(hù)上都具有相當(dāng)大的靈活度，因而Zigbee在網(wǎng)絡(luò)上的優(yōu)勢不容忽視。

　　(4)架構(gòu)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(shù)可以應(yīng)用到醫(yī)療衛(wèi)生中的遠(yuǎn)程監(jiān)測病人身體狀況、家庭自動化中的照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，另外在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有很廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)中的數(shù)據(jù)自動采集和處理，農(nóng)業(yè)中自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的遠(yuǎn)程控制設(shè)備進(jìn)行播種。

3 ZigBee聯(lián)盟

　　Zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制訂Zigbee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層、安全管理、應(yīng)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(biāo)是將無線智能系統(tǒng)植入到日常生活的設(shè)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(shù)將廣泛地嵌入到多種產(chǎn)品和應(yīng)用中去，這些產(chǎn)品和應(yīng)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(yīng)用的國際無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

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(gòu)組(Architecture)、應(yīng)用框架組 (Application Framework)、網(wǎng)絡(luò)組(Network)、安全組 (Security)、認(rèn)證組(InteroperabilityQualification)、市場組(Marketing)、網(wǎng)關(guān)組 (Gateway)。Zigboe聯(lián)盟的主要工作是：

　　(1)定義網(wǎng)絡(luò)層、安全管理、應(yīng)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(nèi)推廣Zigbee品牌、建立市場認(rèn)知度。

　　(4)負(fù)責(zé)Zigbee技術(shù)的演進(jìn)。