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解读标准短距离无线应用的新主角

发布时间:2020-07-21 18:23:34 阅读: 来源:液罐车厂家

ZigBee标準早在2004年底就已经通过,主要是取代目前的遥控器或状态感测等低流量无线控制方式。在架构方面,主要是利用IEEE802.15.4作为传输的底层协定,ZigBee本身是做为平台软体的堆叠。 ZigBee的应用范围 以目前日常生活来说,我们所接触到的遥控器越来越多,包含了电视、音响、电动铁门、灯光、掌上型装置甚至汽机车等,由於这些具备遥控机制的设备大多採用不能互通的协定,也因此我们没有办法使用统一的控制单元来进行控制,当需要控制的设备越来越多,我们手上的遥控器也就跟著变多,不仅在使用上有时会搞混而造成不方便,在空间的安置方面,更让消费者大伤脑筋。 虽然目前也有一些较先进的遥控器可以支援较多的设备控制,甚至也具备有基础的智慧型学习功能,但是对於消费者来说,这些设备仍有相当的侷限性,除了基於IR架构的指向性问题以外,遥控不同设备时所必须的切换动作,也都让实际应用上显得绑手绑脚。 至於在状态感测的应用上,除了可以做为冷气机、冰箱、烟雾侦测器等状态回馈显示之用,甚至也可以作为防盗器等保全系统的应用,由於ZigBee的省电与架构单纯,在这方面的应用可靠性相当高,加上成本低廉,导入產品的难度也较低。不过由於频宽限制问题,即时影像的回传较具难度,需要有效率较高的编码机制辅助。 除了应用於遥控装置方面,ZigBee也相当适合做为家中无线电话主机与副机之间的通讯,甚至也可以做为短距离无线对讲机的通讯应用,虽然ZigBee在传输速度最高仅有250kbps,但是作为语音传输,仍然相当足够,配合适当的编码技术,也可获得品质相当优秀的声音品质,并不会逊於传统电话甚至手机音质。 至於在汽车电子中,ZigBee也可以佔有一席之地,由於蓝芽技术在汽车应用方面,容易受到电磁波影响,ZigBee的频段使用较不易受到干扰,因此也成为汽车电子的新欢。在汽车上,ZigBee主要是作为通用传送感应器,可以内嵌在车胎中侦测胎压,或是随时监测水箱温度、电瓶电压,以及作为碰撞时,安全气囊系统的及时反应侦测等。 ZigBee的技术特性 低耗电:在休眠状态之下的耗电量只有1μW,而一般短距离通讯工作耗电量则是30mW,在待机模式之下,普通硷性电池可维持6个月到2年以上的使用时间。这也是ZigBee最引以为傲的优势之一。 低成本:ZigBee传输速度低,架构单纯,且ZigBee通道化的规则较简单、不跳频、使用单一收发频率,在协议堆叠方面仅有26个协定元(ProtocolPrimitives),相较之下,蓝芽则有131个,因此在软硬体设计上的成本得以降低。 网路容量大:而在无线传输感测网路中,可以有将近6万5000多个ZigBee设备存在,比起BlueTooth的8个,或是BlueToothLite的256个,在扩展性上可以说是高了不少。 工作频段灵活:ZigBee所使用的频段依照国家开放的情况的不同,分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)以及915MHz(美国),这些频段皆属於免执照频段,不过依照频段的不同,在传输速度以及距离上也有所差异,在868MHz频段的传输速率为20kbit/s,距离可达300公尺,而在915MHz频段时,传输速率为40kbit/s,传输距离为30∼75公尺,至於在全球通用的2.4GHz频段方面,传输速率250kbit/s时,传输距离约10公尺,如果将速度降到28kbit/s,则可达到约134公尺的传输距离。 安全性:ZigBee提供了资料完整性检查和权限区分功能,硬体本身支援CRC和AES-128编码。因此可以应用在具有高规格安全性需求的环境中。 机动网路组态:ZigBee所架构的WSN网路是能够随状况变化的,节点在取得授权之后才能进入网路,相对的,系统管理者也可以随时将某个节点切离网路,在管理方面具备了相当强大的功能。 ZigBee的堆叠架构 由於ZigBee是在IEEE802.15.4标準基础上所建立的,其定义包含了MAC层与PHY层。而IEEE802.15.4定义了两个实体层标準,分别是2.4GHz实体层和868/915MHz实体层。这些实体层都是基於DSSS(Direct?Sequence?Spread?Spectrum,直接序列展频),使用相同的实体层数据包格式,区别在於工作频率、调变技术、展频编码片段长度和传输速率。2.4GHz频段为全球统一的,且无需另外申请的ISM频段,有助於ZigBee设备的推广和生產成本的降低。2.4GHz的实体层通过採用高阶调变技术,能够提供250kbps的传输速率,有助於获得更高的资料吞吐量、更小的通讯延迟以及更短的工作週期,进而达到更加省电的目的。至於868MHz是欧洲的ISM频段,915MHz是美国的ISM频段,支援这2个频段的目的,是为了避免附近有同样利用2.4GHz频段的设备会造成干扰,且这2个频段的无线讯号耗损较小,可以提供较长的传输距离。 不过IEEE层仅处理低阶MAC层和实体层协议,ZigBee联盟则是对其网路层协议和API进行了标準化。每个ZigBee协调器可连接多达255个节点,而数个协调器结合则可形成一个完整的网路,至於对路由传输的数目则没有限制。ZigBee联盟也另行开发了安全层,以确保这类型的行动设备不会因为意外事故而洩漏其识别讯号,并且也保障此远距离网路传输内容不会被其它意图不良的节点所获得。 ZigBee从此稳坐王位?还有竞争对手虎视眈眈 或许ZigBee架构已经够简单了,但是更极端简化的Z-Wave还要更为简单,成本也更为精省,而且Z-Wave的主要產品线正好踩在ZigBee的痛脚上,也就是家庭3C控制、自动化应用及监测。而由BlueTooth所延伸出来的BlueToothLite架构在经过大幅加强简化之后,也有著与ZigBee一较高下的实力,未来决定其市场优胜劣败的关键,就是三大规格的成本缩减速度以及应用的推广,毕竟一项标準制订得再完备,也要有计画的推动与执行,才能真正的成为市场上的赢家。

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