zigbee概述 幾種無線通信技術性能比較

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-06-08 18:44:15
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  “ZigBee”是什麽?從字麵上猜像是一種蜜蜂。因為“ZigBee”這個詞由“Zig”和“Bee”兩部分組成,“Zig”取自英文單詞 “zigzag”,意思是走“之”字形,“bee”英文是蜜蜂的意思,所以“ZigBee”就是跳著“之”字形舞的蜜蜂。不過,ZigBee並非是一種蜜蜂,事實上,它與藍牙類似是一種新興的短距離無線通信技術,國內也有人翻譯成“紫蜂”。

  這隻蜜蜂的來頭還是要從它的曆史開始說起,早在上世紀末,就已經有人在考慮發展一種新的通信技術,用於傳感控製應用(sensor and control),這個想法後來在IEEE 802.15工作組當中提出來,於是就成立了TG4工作組,並且製定了規範IEEE 802.15.4。但是IEEE 802的規範隻專注於底層,要達到產品的互操作和兼容,還需要定義高層的規範,於是2002年ZigBee Alliance成立,正式有了“ZigBee”這個名詞。兩年之後,ZigBee的第一個規範ZigBee V1.0誕生,但這個規範推出的比較倉促,存在一些錯誤,並不實用。此後ZigBee Alliance又經過兩年的努力,推出了新的規範ZigBee 2006,這是一個比較完善的規範。據聯盟最新的消息,今年年底將會發布更新版本的規範ZigBee 2007,這個版本增加了一些新的特性。

  Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術,它是一種介於無線標記技術和藍牙之間的技術提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術,主要用於近距離無線連接。它有自己的無線電標準,在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器隻需要很低的功耗,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,因此它們的通信效率非常高。最後,這些數據就可以進入計算機用於分析或者被另外一種無線技術如WiMax收集。

  從ZigBee的發展曆史可以看到,它和IEEE 802.15.4有著密切的關係,事實上ZigBee的底層技術就是基於IEEE 802.15.4的,因此有一種說法認為ZigBee和IEEE 802.15.4是同一個東西,或者說“ZigBee”隻是IEEE 802.15.4的名字而已,其實這是一種誤解。實際上ZigBee和IEEE 802.15.4的關係,有點類似於WiMAX和IEEE 802.16,Wi-Fi和IEEE 802.11,Bluetooth和IEEE 802.15.1。“ZigBee”可以看作是一個商標,也可以看作是一種技術,當把它看作一種技術的時候,它表示一種高層的技術,而物理層和MAC層直接引用IEEE 802.15.4。事物是不斷的發展變化的,尤其是通信技術,可以想象將來的ZigBee可能不會使用IEEE 802.15.4定義的底層,就跟藍牙(Bluetooth)宣布下一代底層采用UWB技術一樣,但是“ZigBee”這個商標以及高層的技術還會繼續保留。

  ZigBee協議棧速讀

  伊人影院無法預料將來ZigBee會基於怎樣的底層技術,隻好從它現在的底層——IEEE 802.15.4開始了解,IEEE 802.15.4包括物理層和MAC層兩部分。ZigBee工作在三種頻帶上,分別是用於歐洲的868MHz頻帶,用於美國的915MHz頻帶,以及全球通用的2.4GHz頻帶,但這三個頻帶的物理層並不相同,它們各自的信道帶寬分別是0.6MHz, 2MHz和5MHz,分別有1個,10個和16個信道。不同頻帶的擴頻和調製方式也有所區別,雖然都使用了直接序列擴頻(DSSS)的方式,但從比特到碼片的變換方式有比較大的差別;調製方麵都使用了調相技術,但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK,而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。伊人影院可以以2.4GHz頻段為例看看發射機基帶部分的框圖(如圖1),可以看到物理層部分非常簡單,而IEEE 802.15.4芯片的低價格正是得益於底層的簡單性。可能伊人影院會擔心它的性能,但伊人影院可以再看看它和Bluetooth/IEEE 802.15.1以及WiFi/IEEE 802.11的性能比較(如圖2),在同樣比特信噪比的情況下,IEEE 802.15.4要優於其他兩者。直接序列擴頻技術具有一定的抗幹擾效果,同時在其他條件相同情況下傳輸距離要大於跳頻技術。在發射功率為0dBm的情況下,Bluetooth通常能有10m作用範圍,而基於IEEE 802.15.4的ZigBee在室內通常能達到30~50m作用距離,在室外如果障礙物較少,甚至可以達到100m作用距離;同時調相技術的誤碼性能要優於調頻和調幅技術。因此綜合起來,IEEE 802.15.4具有性能比較好的物理層。另一方麵,伊人影院可以看到IEEE 802.15.4的數據速率並不高,對於2.4GHz頻段隻有250kb/s,而868MHz頻段隻有20kb/s,915MHz頻段隻有40kb/s。因此伊人影院完全可以把它歸為低速率的短距離無線通信技術。

  

  圖1 IEEE 802。15.4 物理層2.4GHz頻段發射機基帶框圖

  

zigbee概述 幾種無線通信技術性能比較

  圖2 幾種無線通信技術性能比較

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