1、论 ZigBee技术的发展与应用在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近， 组网 规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003 年中通过 后，于2004正式问世了。ZigBee 技术是由一个企业之间的团体ZigBee联盟（ZigBee Alliance）负责制定和推广。ZigBee 联盟由霍尼韦尔（Honeywell）、英维思（Invensys）、三菱电气（Mitsubishi Electric）、三星（Samsung）、摩托
2、罗拉、飞利浦（Philips）和Ember七家国际著名公司作为发起方，截至到2004 年11月该联盟所参加的企业成员已经超过100 家，均为在行业中有重大影响的企业。ZigBee 技术建立在IEEE802.15.4 标准技术之上，IEEE802.15.4 是一个支持低功耗、低数据传输率的无线网络标准，主要是设计用来进行远程监测与控制的应用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 标准得到了正式批准。IEEE802.15.4 是一个简单的但功能却十分强大的数据包协议，它通过确认、错误检测、区分优先次序的通信、D S S S（Direct Sequence Spread Spectrum
3、直接序列扩频技术，它具有改变频率消除干扰的能力）和用户选择安全等级等技术来提供无线通信的高可靠性。IEEE802.15.4 标准同样只规定了开放式系统互联参考模型中的物理层和介质访问子层，其中物理层定义了三个许可的频率波段，它们分别是2.4GHz（最高传输速率250kbps）、915MHz（最高传输速率40kbps）和868MHz（最高传输速率20kbps）。ZigBee 技术在IEEE802.15.4 所定义的基础上又增加了网络层、安全层和应用轮廓层（Application Profiles）。ZigBee支持星型、网状和树簇状的网络拓扑结构。在每一个ZigBee 网络中最多可以拥有6553
4、5 个节点，每个节点的地址由ZigBee的网络协调节点（Network Coordinator）负责分配。另外每个节点的传输范围在30100m 之间，而且传输的距离还可以通过使用功率放大器和多跳网状网络结构得到延伸。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络 数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网 络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee 网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京
5、监控云南某地的一个Zigbee控制网络。不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据 传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站” 却不到1000元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它 还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。每个Zigbee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感
6、器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。Zigbee技术的应用领域Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动 化，遥 测遥控，汽车自动化、农业 自动化和医疗护理等,例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田， 电力， 矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位.通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee 技术做无线传输：1需要数据采集或监控的网点多；2要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；3要求数据传输可性高，安全性高；4设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；5电池供电；6地形复杂，
7、监测点多，需要 较大的网络覆盖；7现有移动网络的覆盖盲区；8使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。9使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。Zigbee 技术的特点省电：两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间。可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网 络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。网络容量大：可支持达65000个节点。安全：ZigBee
8、提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。Zigbee的发展前景Zigbee技术和RFID 技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。关于这方面的报道，你只需在百度，或GOOGLE 搜索栏中键入“Zigbee”,你就会看到大量的有关报道。总之，今后若干年，都将是Zigbee技术飞速发展的时期。Zigbee技术在我国的应用情况尽管，国内不少人已经开始关注Zigbee这们 新技术，而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作，然而，由于Zigbee 本身是一种新的系统集成技术，应用
9、软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术，再 组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前为止，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将Zigbee 技术开发成产品，并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外，尚未见到其它报道。Zigbee 和现有移动网（GPRS，CDMA-1X）的比较1无网络使用费：使用移动网需要长期支付网络使用费，而且是按节点终端的数量计算的，而Zigbee没有这 笔费用；2设备投入低：使用移动网需要购买移动终端设备，每个终端的价格在人民币1000元上下，而使用Zig
10、bee 网络，不仅 Zigbee网络节点模块（相当于基站） 费用每只人民币不到1000元，而且，主要使用的网络子节点（相当于手机）的价格还要低得多；3通信更可靠：由于现有移动网主要是为手机通信而设计的，尽管CDMA-1X和GPRS 可以进行数据通信，但实践发现 ，不仅通信数率比设计速率低很多，而且数据通信的可靠信也存在一定的问题。而Zigbee 网络则是专门为控制数据的传输而设计的,因而控制数据的传输具有相当的保证。4高度的灵活性和低成本：首先，通过使用覆盖距离不同,功能不同的Zigbee网络节 点，以及其它非Zigbee系统的低成本的无线收发模块，建立起一个Zigbee局部自动化控制网，（这
11、个网 络可以是星型， 树状，网状及其共同组成的复合网结构）再通过互联网或移动网与远端的计算机相连，从而 实现低成本，高效率的工业自动化遥测遥控；5比起现有的移动网来，尽管Zigbee仅仅只是一个局域网，覆盖区域有限，但它却可以与现有的移动网，互联网和其它通信网络相连接，将许多 Zigbee局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题：我们知道，现有移动网络在许多地方存在盲区，特别是铁路，公路，油田，矿 山等野外，更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的，此时使用Zigbee 网络进行盲区覆盖不仅经济有效，而且往往是现在唯一可行手段。Zigbee与现有数传电台的比较1可
12、靠性高：由于Zigbee模块的集成度远比一般数 传电台高，分离元器件少，因而可靠性更高；2使用方便安全：因为集成度高，比起一般数传电台来，Zigbee收法模块体积可以做得很小，而且功耗低，例如成都西谷公司远距离传输模块（2-5公里），最大发射电流比一个CDMA手机还 要小许多，因而很容易集成或直接安放在到设备之中，不仅使用方便，而且在户外使用时，不容易受到破坏；3抗干扰力强，保密性好， 误码率低：Zigbee收发模块使用的是2.4G 直序扩频技术，比起一般FSK, ASK和跳频 的数传电台来，具有更好的抗干 扰能力，和更 远的传输距离；参阅我们网站中有关CDMA直序扩频技 术的优越性讨论，和C
13、ypress公司有关 实验报道。4免费频段：Zigbee使用的是免费频段，而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请，而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费。5价格低： Zigbee数传 模块的价格只有具有类似功能的数 传电台的几分之一；(2.4G,250kps,3-5公里距离 DSSS 数传模块每只不到200元人民币)提供低成本，高可靠性的无线数传互联网平台（包括软件和硬件）,以及相关技术支持，以满足不同客户的具体需要，就是我们的服务宗旨。ZigBee节点是一种简单的东西。其核心是多信道无线电装置和微控制器，它们都在一块硅片上，装在如同小指指甲大小的塑料封装体里面。成品里面当然不止Zig
14、Bee芯片。电灯开关等一些装置只有触发器和面板，而另一些装置如恒温器会有另外的继电器、液晶显示屏及其他元件。 ZigBee网络以自主方式组建而成，所以房主安装了第二个设备后，它会寻找第一个设备，第一个设备可能是网络的初始控制开关。第三个设备安装后，它会寻找头两个节点中离自己比较近的那一个。默认情况下，第一个设备之后的所有设备必须通过验证，才被允许使用现有设备作为通信“骨干”来回转发信号。 加州圣拉蒙2011年9月28日 - 为能源管理、商业和消费应用产品创建 无线 解决方案的全球企业联盟 ZigBee联盟 ( ZigBee Alliance) 今天宣布，已经完成了 ZigBee Buildin
15、g Automation(ZigBee楼宇自动化)标准的开发并予以通过。ZigBee Building Automation 是能够对商业楼宇系统进行安全可靠监控与控制的互操作性产品的全球标准，它是唯一 BACnet 认可的商业楼宇无线网状网络。利用 ZigBee Building Automation 的产品使楼宇拥有者和运营者能够控制更多楼宇类型(以前不能覆盖的房间或敏感区域)，这都要归功于其低功耗 无线 运作。现有的有线 BACnet 楼宇自动化系统现在可以更低的运作成本、更方便地进行拓展。这项标准由众多联盟成员共同制定，Convergence Wireless、江森自控、施耐德电气、西
16、门子、英格索兰和 Ubilogix 做出了巨大贡献。ZigBee技术在楼宇自动化领域有广阔的发展和应用前景，首先ZigBee 技术是一项低成本、低功耗的无线解决方案，采用ZigBee 技术的无线传感器使用普通的干电池即可工作2 3 年的时间，而ZigBee 芯片的价格将在12 年时间内降低到2美元左右；其次ZigBee技术支持网状网络结构，这使得ZigBee 网络具有自组织、自修复的能力，提高了网络的可靠性；第三，ZigBee 网络支持数量众多的节点，这点对于大型的楼宇自动化系统中需要大量的传感器和控制器的场合是非常重要的。相对于电力微波通信网、电力DDN数字数据和公网等远程通讯技术相比，电网
17、数字化需要“就地”获取信息，并快速作出反应，同时需要和远程通讯技术配合。ZigBee无线自组网技术针对电力系统监测、控制的需求，在通信容量、通信时延、通信可靠性、能量损耗上正是这样一项满足电力SCADA需求的技术。ZigBee技术首先被应用在数字化变电站和电网监控上。ZigBee技术在智能电网中的应用得益于近年来配网和变电站本身技术的发展提供的有利条件： 数据采集数字化：光电互感器的应用改变了监控系统的结构。 系统结构分散化：从集中控制、功能分散逐步向户外型、分散型网络发展。 系统建模标准化：IEC 61850确立了电力系统的建模标准。 系统分层分布化：通信技术分层独立，为采用新兴通信技术提供
18、方便。IEC 61850明确地将变电站系统分成3层：变电站层、间隔层和过程层。介于变电站层与过程层之间的间隔层智能电子设备（IED），围绕保护、测量、计量、参数设置等功能与上下层设备交换信息，向上主动传送报告记录、故障启动动作、变位、模拟信号量、录波数据等报文，接收上层发出的各种控制块的参数设置(例如日志控制、报告控制、GOOSE、GSSE等设置)、开断开关或断路器的控制指令、查询记录(或召唤)、对时等操作请求；向同一个间隔单元或者不同间隔单元的IED发出互锁、报警、故障等信号，进行分布式功能的服务调用；向下接收过程层合并单元传来的周期性实时模拟信号，将主站控制操作断路器的命令下传给智能断路器控制器，能对合并单元的采样值控制块设置采样值周期、传输方式等
