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ZigBee系统结构与射频性能分析与射频测试方法

分类:智能家居 作者:微甄智能 来源:网络
摘要:  ZigBee 技术是一种具有统一标准的短距离无线通信技术。其命名来自于人们对蜜蜂采蜜过程中跳“Z”字舞的观察。蜜蜂体积小,所需能量小,又能传送采集的花粉,因此人们用

  ZigBee 技术是一种具有统一标准的短距离无线通信技术。其命名来自于人们对蜜蜂采蜜过程中跳“Z”字舞的观察。蜜蜂体积小,所需能量小,又能传送采集的花粉,因此人们用ZigBee 代表成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。本文对ZigBee 网络的结构进行了介绍,对ZigBee射频性能进行了分析,并对ZigBee射频测试的方法进行了讨论。

  1 引言

  ZigBee 作为将对21 世纪产生巨大影响的新技术之一,与传统网络相比,无线传感器网络是一种以数据为中心的自组织无线网络,具有可快速临时组网、网络拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等特点。基于这些特点,ZigBee 被广泛应用于军事、环境监测、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索,以及机场、大型工业园区的安全检测等领域。环境监测是无线传感器网络应用的一个方面,传感器网络在环境监测领域具有非常明显的优势,可以为实现更加准确、数据量更大、对环境影响更小的环境监测提供一个全新的手段。

  ZigBee 技术以其低成本、低功耗、网络容量大、传输时延短和可靠性高等特点,在环境监测、智能家居、楼宇自动化、工业控制等领域得到广泛应用。

  2 ZigBee技术特点及其网络结构

  (1)ZigBee的技术特点

  ●低功耗:由于ZigBee 的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee 设备非常省电。据估算,ZigBee 设备仅靠两节5 号电池就可以维持长达2 年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。

  ●成本低:ZigBee 模块的初始成本在6 美元左右,估计很快就能降到1.5~2.5 美元,并且ZigBee 协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

  ●时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延为30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此,ZigBee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

  ●网络容量大:一个星型结构的ZigBee 网络最多可以容纳254 个从设备和一个主设备,而且网络组成灵活。

  ●可靠:采取了碰撞避免策略(CSMA-CA),同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

  ●安全:ZigBee 提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128 的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

  (2)ZigBee网络中的设备和网络拓扑结构

  按设备的功能强弱划分为全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。

  ●全功能设备有更多的存储器、计算能力,具有全部802.15.4 功能和所有特性。有控制器的功能,可提供信息双向传输。

  ●精简功能设备仅附带有限的功能来控制成本和复杂性,只作为终端设备使用,使用小内存、小协议栈,实现简单。

  按设备在网络中的作用划分为Zig-Bee 协调器、ZigBee 路由器和ZigBee 终端设备。

  ●ZigBee 协调器处于网络顶层,它总是处于工作状态,有稳定可靠的电源供给。包含所有的网络信息,是3 种设备中最复杂的一种,存储容量大、计算能力强。能发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息等。它们只能由FFD承担。

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