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Zigbee的前身是1998年由 INTEL、lBM等產(chǎn)業(yè)巨頭發(fā)起的“ Homerflite”技術(shù)，隨著我國物聯(lián)網(wǎng)正進(jìn)入發(fā)展的快車道，ZigBee也正逐步被國內(nèi)越來越多的用戶接受。但是在發(fā)展上還是有很多的挑戰(zhàn)，比如說如何克服zigbee技術(shù)難題等。那么zigbee技術(shù)難題在哪?zigbee技術(shù)上有什么優(yōu)缺點(diǎn)。
ZigBee技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
1、低功耗：工作模式下，ZigBee技術(shù)的傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號的收發(fā)時間很短。其次，在非工作模式情況下，ZigBee的節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。設(shè)備搜索延遲一般為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設(shè)備接入信道時延為15 ms。由于工作時間較短，收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)非常省電。ZigBee節(jié)點(diǎn)的電池工作時間可以長達(dá)6個月到2年左右，對于某些占空比(工作時間/(工作時間+休眠時間))小于1%的應(yīng)用，電池的壽命甚至可以超過十年。相比較藍(lán)牙僅能工作數(shù)周，WIFI僅可工作數(shù)小時。
2、低成本：通過大幅簡化協(xié)議，降低了對節(jié)點(diǎn)存儲和計算能力的要求，。根據(jù)研究以8051的8位微控制器測算，全功能設(shè)備需要32K的代碼，精簡功能只需要4KB的代碼，而且ZigBee協(xié)議專利免費(fèi)。
3、低速率：ZigBee工作在20-250kbit/s的較低速率，分別提供250kbit/s(2.4GHz)、40kbit/s(915MHz)和20kbit/s(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，能夠滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求。
4、近距離：ZigBe設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸范圍一般介于10-100米之間。在增加射頻發(fā)射功率后，傳輸范圍可增加到1-3km。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸距離可以更遠(yuǎn)。
5、短時延：ZigBee響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms。節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較藍(lán)牙需要3-10秒，WIFI需要3秒。
6、網(wǎng)絡(luò)容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使得它非常適宜支持簡單器件。一個ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最多包括有255個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中有一個是主控(Master)設(shè)備，其余則是從屬(Slove)設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Network Coordinator)，整個網(wǎng)絡(luò)可以支持超過64000個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上各個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以相互連接，整個ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將是十分可觀。
7、高安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能。在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了三級安全性。第一級實(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)提供了足夠的安全保護(hù)，器件就可以選擇這種方式來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對于第二級的安全級別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來防止非法器件來獲取數(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)傳輸過程中，采用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用戶。
8、免執(zhí)照頻段：ZigBee設(shè)備物理層采用工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)頻段。
9、數(shù)據(jù)傳輸可靠：ZigBee的媒質(zhì)傳入控制層(MAC層)采用talk-when-ready的碰撞避免機(jī)制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時則立刻發(fā)送，發(fā)送的每個數(shù)據(jù)分組都必須等待接收方的確認(rèn)消息，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)生了沖突，將重傳一次。采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳送的可靠性。ZigBee為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時競爭和沖突。同時，ZigBee針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。
ZigBee的缺點(diǎn)：
1、成本：目前ZIGBEE芯片出貨量比較大的TI公司，芯片其成本均在2~3美金左右，再考慮到其他外圍器件和相關(guān)2.4G射頻器件，成本難以低于10美金，針對智能家居這種成本敏感而有需要大量節(jié)點(diǎn)的家用設(shè)備，其成本頗為尷尬。
2、通信穩(wěn)定性：目前國內(nèi)Zigbee技術(shù)主要采用ISM頻段中的2.5G頻率，其衍射能力弱，穿墻能力弱。家居環(huán)境中，即使是一扇門，一扇窗，一堵非承重墻，也會讓信號大打折扣。當(dāng)然，有些廠家會使用射頻功放，對2.5G信號進(jìn)行放大，但是這樣會造成額外的輻射污染，同時也和ZIGBEE低功耗，節(jié)能的初衷背道而馳。
3、自組網(wǎng)能力：Zigbee技術(shù)的主要特點(diǎn)是支持自組網(wǎng)能力強(qiáng)，自恢復(fù)能力強(qiáng)，因此，對于井下定位，停車場車位定位，室外溫濕度采集，污染采集等應(yīng)用非常具有吸引力。然而，對于智能家居的應(yīng)用場景中，開關(guān)，插座，窗簾的位置一旦固定，一直不變，自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)也就不復(fù)存在，但是自組網(wǎng)所耗費(fèi)的時間和資源卻依舊高昂。
我們在長期應(yīng)用Zigbee技術(shù)來解決實(shí)際問題的實(shí)踐中，也發(fā)現(xiàn)了幾個十分重要，而在短期內(nèi)我們認(rèn)為十分難以解決的問題：
1. Zigbee的核心技術(shù)之一，是動態(tài)組網(wǎng)和動態(tài)路由，即Zigbee網(wǎng)絡(luò)考慮了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)增減變化，網(wǎng)絡(luò)中 的每個節(jié)點(diǎn)相隔一定時間，需要通過無線信號交流的方式重新組網(wǎng)，并在每一次將信息從一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送到另一個節(jié)點(diǎn)時，需要掃描各種可能的路徑，從最短的路經(jīng)嘗 試起，這就涉及到無線網(wǎng)絡(luò)的管理問題。而這些，都需要占用大量的帶寬資源，并增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加和中轉(zhuǎn)次數(shù)增多。因而，盡管Zigbee的射頻傳輸速率是250kbps 但經(jīng)過多次中轉(zhuǎn)后的實(shí)際可用速率將大大降低，同時數(shù)據(jù)傳輸時延也將大大增加，無線網(wǎng)絡(luò)管理也就變得越麻煩。這也就是目前Zigbee網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸時的主要問題。
2. Zigbee這個字，從英語的角度來分析，它是由“Zig”和“bee”兩個字組成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路徑，后面一個英文單詞“bee”就是蜜蜂的意思，我們的理解，Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就是模仿蜜蜂信息傳遞的方式，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間信息的相互互傳，來將一個信息從一個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的另外一個節(jié)點(diǎn)。如果按一般標(biāo)準(zhǔn)Zigbee節(jié)點(diǎn)，在開闊空間每次數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平均增加50米直線傳輸距離計算，傳輸500米直線距離需要中轉(zhuǎn)十次;在室內(nèi)，由于Zigbee所使用的2.4 G的傳輸頻率，一般是通過信號反射來進(jìn)行傳輸?shù)模捎诮ㄖ锏恼趽?，要傳輸一定的距離，往往需要使用較多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，如上述第一條中的分析，這對一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)來講，并不是一件簡單的事情。當(dāng)然，我們也可使用放大器來增加Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸距離，然而，這必然要大大增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗和成本，失去了Zigbee低成本低功耗的本來目的。而且，在室內(nèi)使用這種方法來增加傳輸距離，效果也有限。顯然，一種通過中心點(diǎn)在室外，終端模塊在室外的星狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)更加合理。
3.Zigbee的核心技術(shù)之一，是每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，除了自身作為信息采集點(diǎn)和執(zhí)行來自中心的命令外，它還承擔(dān)著隨時來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)任務(wù)，這樣，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)機(jī)必須隨時處于收發(fā)接收狀態(tài)，這就是說它的最低功耗至少在20mA左右，一般使用放大器的遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其耗電量一般在150mA左右。這顯然很難使用電池驅(qū)動來保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的正常工作;
4.由于Zigbee中的每一個節(jié)點(diǎn)，都參與自動組網(wǎng)和動態(tài)路由的工作，因而每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)也就相對復(fù)雜一些，成本自然也就高一些。另外，在Zigbee網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些針對具體應(yīng)用的開發(fā)工作的量也就大一些。
雖然說zigbee在應(yīng)用中還存在著難題，但是從總體和未來的發(fā)展趨勢看， ZigBee在未來市場的發(fā)展前景會更好，畢竟在系統(tǒng)的通用性、OTA的支持、以及和其他產(chǎn)品的互通上都具有很大的優(yōu)勢。
