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Zigbee协议的优势与劣势分析:智能家居无线连接技术探究

ZigBee技术,作为物联网领域的一项关键无线通信技术,以其独特的优势和局限性在众多应用场景中占有一席之地。本文将围绕Zigbee技术的基本概念、优点以及存在的不足进行探讨。
Zigbee技术基于IEEE 802.15.4标准,旨在满足无线传感器网络低功耗低成本和高可靠性方面的需求。它介于无线标记技术和蓝牙之间,特别适用于短距离、低速率的无线通信。Zigbee通过无线电波实现数千个微小传感器之间的协调通信,这些传感器以极低的能量消耗相互传输数据,提高了通信效率
以下是Zigbee技术的几个显著优点:
首先,Zigbee的低功耗特性使得其节点在非工作状态下几乎不消耗能量,且在传输数据时也仅需短暂的工作时间。此外,它还能进入休眠模式,从而大幅延长电池寿命,适用于需要长期运行的传感器网络。
其次,Zigbee技术的成本低廉。通过简化协议,降低了节点对存储和计算能力的要求,使其在成本敏感的应用中更具竞争力。同时,Zigbee协议不涉及专利费用,进一步降低了成本。
Zigbee的工作速率较低,但足以满足大多数低速率数据传输的需求。它的传输速率分别为250kbit/s(2.4GHz)、40kbit/s(915MHz)和20kbit/s(868MHz),适应性强。
Zigbee设备之间的传输距离一般在10-100米之间,通过增加射频发射功率,传输距离可以进一步扩展。此外,Zigbee的响应速度快,从睡眠状态到工作状态的转换仅需15ms,节省了电能。
Zigbee网络的容量大,支持多种设备类型。一个Zigbee网络节点最多可容纳255个设备,通过网络协调器,整个网络可以扩展至超过64000个节点。
安全性方面,Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,支持三级安全机制,包括无安全方式、接入控制清单(ACL)和AES对称密码加密
然而,Zigbee技术也存在一些缺点。首先,其芯片成本相对较高,对于成本敏感的应用来说,可能是一个障碍。其次,Zigbee在ISM频段中的2.5G频率衍射能力弱,穿墙能力差,影响家居环境中的信号传输
此外,虽然Zigbee技术的自组网能力强大,但在家居应用中,设备位置固定后,自组网的优点不再明显,而自组网所消耗的时间和资源却依然存在。
综上所述,Zigbee技术以其独特的优势在物联网领域发挥了重要作用,但同时也需要克服其存在的不足,以更好地适应各种应用场景的需求。随着技术的不断发展和优化,我们有理由相信,Zigbee技术在未来的物联网应用中将更加广泛和成熟。

  Zigbee协议在物联网领域具备重要应用,采用Zigbee网络协议,可以在短距离内进行很好的网络传输。前文中,小编对Zigbee网络进行了概述。为增进大家对Zigbee的了解,本文将对Zigbee技术的优点和缺点加以介绍。如果你对Zigbee具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

Zigbee协议的优势与劣势分析:智能家居无线连接技术探究

  一、Zigbee概述

  ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee的基础是IEEE 802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此Zigbee联盟扩展了IEEE,对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信

  Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量以接力的方式通过无线电波将数据从个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。

  Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是EEE无线个人局域网PAN, Personal area network)工作组的一项标准,被称作IEEE802.15.4( Zigbee)技术标准。

  二、ZigBee技术优点

  1、低功耗:工作模式下,ZigBee技术的传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短。其次,在非工作模式情况下,ZigBee的节点处于休眠状态。设备搜索延迟一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备接入信道时延为15 ms。由于工作时间较短,收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得ZigBee节点非常省电。ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右,对于某些占空比(工作时间/(工作时间+休眠时间))小于1%的应用,电池的寿命甚至可以超过十年。相比较蓝牙仅能工作数周,WIFI仅可工作数小时。

  2、低成本:通过大幅简化协议,降低了对节点存储和计算能力的要求,。根据研究以8051的8位控制器测算,全功能设备需要32K的代码,精简功能只需要4KB的代码,而且ZigBee协议专利免费。

  3、低速率:ZigBee工作在20-250kbit/s的较低速率,分别提供250kbit/s(2.4GHz)、40kbit/s(915MHz)和20kbit/s(868MHz)的原始数据吞吐率,能够满足低速率传输数据的应用要求。

  4、近距离:ZigBe设备点对点的传输范围一般介于10-100米之间。在增加射频发射功率后,传输范围可增加到1-3km。如果通过路由和节点间的转发,传输距离可以更远。

  5、短时延:ZigBee响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需要15ms。节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较蓝牙需要3-10秒,WIFI需要3秒。

  6、网络容量大:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使得它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对于全功能器件,要求它支持所有的49个参数。而对于简化功能器件,在最小配置时只要求他支持38个参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按3种方式工作,分别是个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络节点最多包括有255个ZigBee网络节点,其中有一个是主控(Master)设备,其余则是从属(Slove)设备。若是通过网络协调器(network CoordiNATor),整个网络可以支持超过64000个ZigBee网络节点,再加上各个网络协调器可以相互连接,整个ZigBee的网络节点的数目将是十分可观。

  7、高安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能。在数据传输过程中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供了足够的安全保护,器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级的安全级别,器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件来获取数据,在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据传输过程中,采用AES的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法用户。

  8、免执照频段:ZigBee设备物理层采用工业、科学、医疗(ISM)频段。

  9、数据传输可靠:ZigBee的媒质传入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻发送,发送的每个数据分组都必须等待接收方的确认消息,并进行确认信息回复。若没有得到确认信息的回复就表示发生了冲突,将重传一次。采用这种方法可以提高系统信息传送的可靠性。ZigBee为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时竞争和冲突。同时,ZigBee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。

  三、ZigBee技术缺点

  1、成本:目前ZIGBEE芯片出货量比较大的TI公司,芯片其成本均在2~3美金左右,再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件,成本难以低于10美金,针对智能家居这种成本敏感而有需要大量节点的家用设备,其成本颇为尴尬。

  2、通信稳定性:目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.5G频率,其衍射能力弱,穿墙能力弱。家居环境中,即使是一扇门,一扇窗,一堵非承重墙,也会让信号大打折扣。当然,有些厂家会使用射频功放,对2.5G信号进行放大,但是这样会造成额外的辐射污染,同时也和ZIGBEE低功耗,节能的初衷背道而驰。

  3、自组网能力:Zigbee技术的主要特点是支持自组网能力强,自恢复能力强,因此,对于井下定位,停车场车位定位,室外温湿度采集,污染采集等应用非常具有吸引力。然而,对于智能家居的应用场景中,开关,插座,窗帘的位置一旦固定,一直不变,自组网的优点也就不复存在,但是自组网所耗费的时间和资源却依旧高昂。

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