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记该记的,做该想的.
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ZigBee技术分析 本文从ZigBee的发展历史入手,探讨了这种基于无线传感器技术的网络应用的协议栈、性能分析和各种应用领域,全面构建了完整的ZigBee技术应用与发展蓝图。 “ZigBee”是什么?从字面上猜像是一种蜜蜂。因为“ZigBee”这个词由“Zig”和“Bee”两部分组成,“Zig”取自英文单词“zigzag”,意思是走“之”字形,“bee”英文是蜜蜂的意思,所以“ZigBee”就是跳着“之”字形舞的蜜蜂。不过,ZigBee并非是一种蜜蜂,事实上,它与蓝牙类似是一种新兴的短距离无线通信技术,国内也有人翻译成“紫蜂”。下面就让我们一起进入这只蜜蜂的世界,与蜂共舞吧! 这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始说起,早在上世纪末,就已经有人在考虑发展一种新的通信技术,用于传感控制应用(sensor and control),这个想法后来在IEEE 802.15工作组当中提出来,于是就成立了TG4工作组,并且制定了规范IEEE 802.15.4。但是IEEE 802的规范只专注于底层,要达到产品的互操作和兼容,还需要定义高层的规范,于是2002年ZigBee Alliance成立,正式有了“ZigBee”这个名词。两年之后,ZigBee的第一个规范ZigBee V1.0诞生,但这个规范推出的比较仓促,存在一些错误,并不实用。此后ZigBee Alliance又经过两年的努力,推出了新的规范ZigBee 2006,这是一个比较完善的规范。据联盟最新的消息,今年年底将会发布更新版本的规范ZigBee 2007,这个版本增加了一些新的特性。 从ZigBee的发展历史可以看到,它和IEEE 802.15.4有着密切的关系,事实上ZigBee的底层技术就是基于IEEE 802.15.4的,因此有一种说法认为ZigBee和IEEE 802.15.4是同一个东西,或者说“ZigBee”只是IEEE 802.15.4的名字而已,其实这是一种误解。实际上ZigBee和IEEE 802.15.4的关系,有点类似于WiMAX和IEEE 802.16,Wi-Fi和IEEE 802.11,Bluetooth和IEEE 802.15.1。“ZigBee”可以看作是一个商标,也可以看作是一种技术,当把它看作一种技术的时候,它表示一种高层的技术,而物理层和MAC层直接引用IEEE 802.15.4。事物是不断的发展变化的,尤其是通信技术,可以想象将来的ZigBee可能不会使用IEEE 802.15.4定义的底层,就跟蓝牙(Bluetooth)宣布下一代底层采用UWB技术一样,但是“ZigBee”这个商标以及高层的技术还会继续保留。 ZigBee协议栈速读 我们无法预料将来ZigBee会基于怎样的底层技术,只好从它现在的底层——IEEE 802.15.4开始了解,IEEE 802.15.4包括物理层和MAC层两部分。ZigBee工作在三种频带上,分别是用于欧洲的868MHz频带,用于美国的915MHz频带,以及全球通用的2.4GHz频带,但这三个频带的物理层并不相同,它们各自的信道带宽分别是0.6MHz, 2MHz和5MHz,分别有1个,10个和16个信道。不同频带的扩频和调制方式也有所区别,虽然都使用了直接序列扩频(DSSS)的方式,但从比特到码片的变换方式有比较大的差别;调制方面都使用了调相技术,但868MHz和915MHz频段采用的是BPSK,而2.4GHz频段采用的是OQPSK。我们可以以2.4GHz频段为例看看发射机基带部分的框图(如图1),可以看到物理层部分非常简单,而IEEE 802.15.4芯片的低价格正是得益于底层的简单性。可能我们会担心它的性能,但我们可以再看看它和Bluetooth/IEEE 802.15.1以及WiFi/IEEE 802.11的性能比较(如图2),在同样比特信噪比的情况下,IEEE 802.15.4要优于其他两者。直接序列扩频技术具有一定的抗干扰效果,同时在其他条件相同情况下传输距离要大于跳频技术。在发射功率为0dBm的情况下,Bluetooth通常能有10m作用范围,而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室内通常能达到30~50m作用距离,在室外如果障碍物较少,甚至可以达到100m作用距离;同时调相技术的误码性能要优于调频和调幅技术。因此综合起来,IEEE 802.15.4具有性能比较好的物理层。另一方面,我们可以看到IEEE 802.15.4的数据速率并不高,对于2.4GHz频段只有250kb/s,而868MHz频段只有20kb/s,915MHz频段只有40kb/s。因此我们完全可以把它归为低速率的短距离无线通信技术。
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