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ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù),主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備中,同時(shí)支持地理定位功能。由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位和遠(yuǎn)近信息的,也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”,因此ZigBee的們形象地利用蜜蜂的這種行為來形象地描述這種無線信息傳輸技術(shù)。
ZigBee技術(shù)特點(diǎn)
ZigBee技術(shù)則致力于提供一種廉價(jià)的固定、便攜或者移動(dòng)設(shè)各使用的極低復(fù)雜度、成本和功耗的低速率無線通信技術(shù)。這種無線通信技術(shù)具有如下特點(diǎn):
(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低
只有10~250Kb/s,專注于低傳輸速率應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不傳輸語音、視頻之類的大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)據(jù),僅僅傳輸一些采集到的溫度、濕度之類的簡單數(shù)據(jù)。
(2)功耗低
工作模式情況下,ZigBee技術(shù)傳輸速率低,傳輸數(shù)據(jù)量很小,因此信號的收發(fā)時(shí)間很短,其次在非工作模式時(shí),ZigBee節(jié)點(diǎn)處于休眠模式,耗電量僅僅只有1μW。設(shè)各搜索時(shí)延一般為 30ms,休眠激活時(shí)延為15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接人時(shí)延為15ms。由于工作時(shí)間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式,使得ZigBee設(shè)各非常省電,ZigBee節(jié)點(diǎn)的電池工作時(shí)間可以長達(dá)6個(gè)月到2年左右。同時(shí),由于電池時(shí)間取決于很多因素,例如電池種類、容量和應(yīng)用場合,ZigBee技術(shù)在協(xié)議上對電池使用也作了優(yōu)化。對于典型應(yīng)用,堿性電池可以使用數(shù)年,對于某些工作時(shí)間和總時(shí)間(工作時(shí)間+休眠時(shí)間)之比小于t%的情況,電池的壽命甚至可以超過1年。

(3)數(shù)據(jù)傳輸可靠
ZigBee的介質(zhì)鏈路層(以MAC層)采用CSMA-CA碰撞避免機(jī)制。在這種確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下,當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時(shí)則立刻傳送,發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息,并進(jìn)行確認(rèn)信息回復(fù),若沒有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞,將再傳一次,采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃浴M瑫r(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的竟?fàn)幒蜎_突。同時(shí)ZigBee針對時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化,通信時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。
(4)網(wǎng)絡(luò)容量大
ZigBee的低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使它非常適宜支持簡單器件。ZigBee定義了兩種器件:全功能器件(FFD)和簡化功能器件(RFD)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(coordinator)是一種全功能器件,而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常為簡化功能器件。如果通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過65 000個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),再加上各個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可互相連接,整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀。
(5)自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、自主路由
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的,無論是節(jié)點(diǎn)的能量耗盡,或者節(jié)點(diǎn)被敵人俘獲,都能使節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)的使用者也希望能在需要的時(shí)候向已有的網(wǎng)絡(luò)中加人新的傳感器節(jié)點(diǎn)。
(6)兼容性
ZigBee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò),采用CSMA-CA方式進(jìn)行信道接入。為了可靠傳遞,還提供全握手協(xié)議。
(7)安全性
ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。級實(shí)際是無安全方式,對于某種應(yīng)用,如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護(hù),器件就可以選擇這種方式來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對于第二級安全級別,器件可以使用接人控制清單(ACL)來防止非法器仵獲取數(shù)據(jù)。
在這一級不采取加密措施。第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移中采用屬于高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)的對稱密碼。AES可以用來保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件。
(8)實(shí)現(xiàn)成本低
模塊的初始成本估計(jì)在6美元左右,很快就能降到1.5~2.5美元,且ZigBee協(xié)議免費(fèi)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以具有成千上萬的節(jié)點(diǎn),如果不能嚴(yán)格地控制節(jié)點(diǎn)的成本,那么網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模必將受到嚴(yán)重的制約,從而將嚴(yán)重地制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能。
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