1、湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译1ZigBee：无线技术，低功耗传感器网络原文来源：电子文献（http:/）译文正文：加里莱格美国东部时间 2004 年 5 月 6 日上午 12:00工程师们在发掘无线传感器的潜在应用方面从未感到任何困难。例如，在家庭安全系统方面，无线传感器相对于有线传感器更易安装。而在有线传感器的装置通常占无线传感器安装的费用 80%的工业环境方面同样正确（适用）。而且相比于有线传感器的不切实际甚至是不肯能而言，无线传感器更具应用性。虽然，无线传感器需要消耗更多能量，也就是说所需电池的数量会随之增加或改变过于频繁。再加上对无线传感器由空气传送的数据可靠性的怀疑论，所以无
2、线传感器看起来并不是那么吸引人。一个低功率无线技术被称为 ZigBee，它是无线传感器方程重写，但是。一个安全的网络技术，对最近通过的 IEEE 802.15.4 无线标准（图 1）的顶部游戏机，ZigBee 的承诺，把无线传感器的一切从工厂自动化系统到家庭安全系统，消费电子产品。与 802.15.4 的合作下，ZigBee 提供具有电池寿命可比普通小型电池的长几年。 ZigBee 设备预计也便宜，有人估计销售价格最终不到 3 美元每节点，。由于价格低，他们应该是一个自然适应于在光线如无线交换机，无线自动调温器，烟雾探测器和家用产品。（图 1）虽然还没有正式的规范的 ZigBee 存在（由 Z
3、igBee 联盟是一个贸易集团，批准应该在今年年底），但 ZigBee 的前景似乎一片光明。 技术研究公司 In-Stat/MDR 在它所谓的“谨慎进取”的预测中预测，802.15.4 节点和芯片销售将从今天基本上为零，增加到 2010湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译2年的 165 万台。 不是所有这些单位都将与 ZigBee 结合，但大多数可能会。 世界研究公司预测的到 2010 年射频模块无线传感器出货量 4.65 亿美量，其中 77是 ZigBee 的相关。从某种意义上说，ZigBee 的光明前途在很大程度上是由于其较低的数据速率 20 kbps到 250 kbps 的，用于取决于频
4、段频率 （图 2） ， 比标称 1 Mbps 的蓝牙和 54 的 802.11g Mbps 的 Wi - Fi 的技术。 但 ZigBee 的不能发送电子邮件和大型文件，如 Wi - Fi 功能，或文件和音频，蓝牙一样。 对于发送传感器的读数，这是典型的数万字节数，高带宽是没有必要，ZigBee 的低带宽有助于它实现其目标和鲁棒性的低功耗，低成本。由于 ZigBee 应用的是低带宽要求，ZigBee 节点大部分时间可以睡眠模式，从而节省电池电源，然后醒来，快速发送数据，回去睡眠模式。 而且，由于 ZigBee 可以从睡眠模式过渡到 15 毫秒或更少主动模式下，即使是睡眠节点也可以达到适当的低延
5、迟。 有人扳动支持 ZigBee 的无线光开关，例如，将不会是一个唤醒延迟知道前灯亮起。与此相反，支持蓝牙唤醒延迟通常大约三秒钟。一个 ZigBee 的功耗节省很大一部分来自 802.15.4 无线电技术，它本身是为低功耗设计的。 802.15.4 采用 DSSS（直接序列扩频）技术，例如，因为（跳频扩频）另类医疗及社会科学院将在保持一样使用它的频率过大的权力同步。ZigBee 节点，使用 802.15.4，是几个不同的沟通方式之一，然而，某些方面比别人拥有更多的使用权力。 因此，ZigBee 的用户不一定能够实现传感器网络上的任何方式选择和他们仍然期望多年的电池寿命是 ZigBee 的标志。
6、 事实上，一些技术专家打算用小型无线传感器创建大的网络，即使功率 ZigBee 的电池需求很大。一个 ZigBee 网络节点可以消耗额外的功率，例如，如果它试图避免与其他节点的传输或与其他无线电源传输重叠的传输。 那么在 ZigBee 802.15.4 无线电的使用实现 CSMA / CA（载波侦听多址接入冲突避免）技术，与 ZigBee 节点使用 CSMA / CA 是基本上采取了听先于谈话的方式，看是否有无线电通信已经展开。 但是，正如所指出的 Venkat Bahl，传湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译3感器营销公司恩贝尔公司副总裁兼 ZigBee 联盟的副主席，这不是一个首选的方法。
7、 “有听意见的权力，”Bahl 说，“我们不喜欢这样做。”ZigBee 和 802.15.4 通讯的另一个选择是指路明灯模式，通常睡觉模式醒来网络节点定期接收同步“灯塔”从网络的控制节点。 但是，对于一个灯塔听废物力量，也因为时间的不确定性，特别是支配节点打开，以免错过早期一盏明灯。争议中的通信为了尽可能节省电力 ZigBee 采用一种简单交际策略,talk-when-ready 发送数据时,数据准备派遣然后就等着自动确认。根据鲍勃 Heile,两 ZigBee 联盟主席和电子802.15,talk-when-ready 是“开门见山地”计划,但却是一种很电力有效率。“我们在广泛的分析,导致了
8、最好的节能策略从各种环境安静喧闹的,”Heile 说。“我们发现,手了,好,我们在发送才离开那包东西和承认它。如果你不想让他 ack 讯息,它只表示你惨败,所以重发给你。你有更好的电源管理，并确定它是否安静，然后再谈谈。”幸运的是，这种当面策略导致 RF 干扰非常小。 这主要是因为 ZigBee 节点具有非常低的占空比，只偶尔传输发送少量的数据。 其他 ZigBee 节点，以及 Wi - Fi 和蓝牙模块，可以轻松应付这么小，频繁爆发。ZigBee 的通话时就绪计划并不适合所有的目的，但是。 例如，在成千上万的微型传感器网络进入战区下降到监视敌方部队调动，积蓄力量提供的仍可能是不够的。每个网络
9、节点周期性地发送和反复通过网状网络配置中的其他节点附近多次以达到网络控制器的大碰撞和重发的数据包数量可能会浪费功率，并显着缩短传感器节点的电池寿命传输数据。 如果传感器电池非常小，功率有限，这特别成问题。虽然大气电波访问争不是一般意义上的 ZigBee 问题，都可以。 传感器网络公司尘埃网络，其实，说是保持竞争问题，从该公司的 ZigBee 转向为现在，至少，甚至尘土纵然仍是 ZigBee 联盟的成员。 “每个 ZigBee 设备需要与邻国争夺领空，说：”Dust 产品管理总监罗伯特剪“，所以有一些争论，一些不可避免的低效率。” 为了避免 ZigBee 的访问的争夺，争夺使用免费的 TDMA（
10、时分多址）技术。 ZigBee 的 802.15.4 MAC 层通过提供担保的计划，有点类似于 TDMA 的时隙，但只是作为一个可选的“超码”那更复杂，更省电，比 TDMA 的有效组成部分。ZigBee 的已注册的袖子更省电的技巧，但是。 例如，它减少了对节能减功能设备，除了更强大的全功能设备（FFDs）（RFDs）在 ZigBee 元件提供电力的消耗。 每个 ZigBee网络至少需要一个控制器作为一个发展筹资，但大多数网络节点可以 RFDs（图 3）。 RFDs湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译4只有 FFDs 可以谈，而不是其他 RFDs，但它们含有较少的电路比 FFDs，很少或没有功率
11、消耗内存。ZigBee 的节省，减少了相关处理单仍然需要更多的权力。 简单的 8 位像 8051 处理器可以处理家务容易的 ZigBee 和 ZigBee 协议栈占用很少的内存。 发展筹资的一个堆栈，例如，大概需要 32 字节，一个 RFD 的堆栈只需要 4 字节。 这些数字比较远约 250 蓝牙技术更复杂的字节。从 ZigBee 的比较简单的实现，节约了成本，自然产生。 RFDs，当然，减少漏报ZigBee 的内存和其他电路元件成本，以及简单的 8 位处理器和小协议栈帮助保持系统成本。通常，一个应用程序的主处理器可以很容易地承担了 ZigBee 处理额外的负载小，使得ZigBee 的功能不必
12、要单独的处理器。但是，保持 ZigBee 的低价格的主要策略是因为有很大的市场和高容量。ZigBee 联盟，通过一个开放的标准，并通过大力推进 ZigBee 设备之间的互操作性，ZigBee 的预期应用非常大，如家庭与楼宇自动化应用。 该联盟目前正在为这些特殊应用努力，它预计将在今年较迟时与 ZigBee 规范 1.0 的互操作性的程序完一起完成。一个有关的 ZigBee 家庭自动化与安全通过乐观的原因是它的易用性。ZigBee 网络的自我形成，使消费者更容易对它们进行设置。 “在居住空间，有没有配置参与，：”ZigBee 联盟的 Heile 说。 “你从箱子拿一些东西，放电池进去，可能做一些
13、简单的按钮操作，按下安全带来两个设备并拢，按动按钮，直到绿色灯光来，你就完成了。”ZigBee 网络还可以自行在商业和工业环境的形式，但专业安装人员将有特别的安全工具，提供额外的控制。 ZigBee 是安全灵活的，Heile 说，给消费者和专业用户他们需要的。“你不必有 128 位公共密钥加密的烟雾探测器，”他说，“但如果我在一幢复杂的高层办湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译5公楼，这正是我的安全级别将有荧光灯。如果你在第五大道上的高层建筑里，你不想去的人在街上，把你的灯关了。“专有比赛ZigBee 的比赛几乎完全来自主专有技术。 传感器公司 Dust，如上所述，是坚持使用自己的技术，显然的
14、，虽然强烈的推到 ZigBee 舞台上，计划继续提供其专有 EmberNet 设备添加也。 此外，Zensys 是其 Wave 技术提供给客户的 Z -。 西尔韦尼亚，例如，已经使用照明控制 Z - Wave 的，而 ZigBee 系统保持在至少数个月。通过提供互操作性，但 ZigBee 的补充能力，专利产品不能。 举例说，Ember 的义巴尔，互操作性允许照明系统的 ZigBee 节点的工作，在一个空调系统的 ZigBee 网络，反之亦然。 “飞利浦照明是真的对这个很兴奋，”义巴尔说，“因为原来从一到建筑物的自动化系统的基础设施骨干镇流器生产厂家他们。”不用说，主要的半导体公司很多，尤其是那
15、些在嵌入式系统公司中大都热切期待ZigBee 的投入并且大规模进入市场。飞思卡尔半导体（直到最近，摩托罗拉半导体产品部称）已经提供 ZigBee - ready 技术来选择客户。其他半导体公司，包括 AMI，爱特梅尔，微芯片，飞利浦，瑞萨，都是 ZigBee 联盟的成员。 ZigBee 可能是缓慢渗透到无线传感器的工业市场，但是。据对世界市场研究公司，它会需要五至七年来说服客户在工业上的可靠性，耐用性，以及无线传感器系统的安全。并显著预测在整个世界中 ZigBee 将长期在工业制造上有增长，因此。到 2010 年，公司项目，射频模块，应用于工业监控和控制得将达到 1.65 亿台，同比增长 19
16、0 万元，在世界性预测中，在 2004 年。大约 75的将基于 ZigBee 和 802.15.4。最终，ZigBee 的可进入各种广泛的应用。家用电器，它可以帮助监测和控制能源消耗。在汽车应用中，它可以提供轮胎压力监测和远程无钥匙进入系统。也可用于 ZigBee 的医疗设备中，甚至在计算机外围设备，如无线键盘或鼠标。值得关注的是越来越多，虽然，ZigBee 的可能变成一种适合所有的技术的尺寸，并不很适合任何应用程序。一些持怀疑态度，例如，企图使 ZigBee 无所不包的可能使 ZigBee协议栈太大，ZigBee 的双重目标是非常低功耗和非常低的成本。如果出现这种情况，那么ZigBee 的低
17、功耗，低数据速率利基窄，如果它是，将被证明是过于宽泛的。然后，也许我们会需要另一种无线标准，以配合我们已经有的蓬勃发展的人数。关于作者：加里莱格是一家位于波士顿的自由撰稿人。 他拥有电子工程学士学位，曾任编辑，EDN 杂志执行编辑湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译6原文正文：ZigBee: Wireless Technology for Low-Power Sensor NetworksGary Legg 5/6/2004 12:00 AM EDT Technologists have never had trouble coming up with potential applicatio
18、ns for wireless sensors. In a home security system, for example, wireless sensors would be much easier to install than sensors that need wiring. The same is true in industrial environments, where wiring typically accounts for 80% of the cost of sensor installations. And then there are applications f
19、or sensors where wiring isnt practical or even possible.The problem, though, is that most wireless sensors use too much power, which means that their batteries either have to be very large or get changed far too often. Add to that some skepticism about the reliability of sensor data thats sent throu
20、gh the air, and wireless sensors simply havent looked very appealing.A low-power wireless technology called ZigBee is rewriting the wireless sensor equation, however. A secure network technology that rides on top of the recently ratified IEEE 802.15.4 radio standard (Figure 1), ZigBee promises to pu
21、t wireless sensors in everything from factory automation systems to home security systems to consumer electronics. In conjunction with 802.15.4, ZigBee offers battery life of up to several years for common small batteries. ZigBee devices are also expected to be cheap, eventually selling for less tha
22、n $3 per node by some estimates. With prices that low, they should be a natural fit even in household products like wireless light switches, wireless thermostats, and smoke detectors.湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译7Figure 1: ZigBee adds network, security, and application-services layers to the PHY and MAC layers
23、 of the IEEE 811.15.4 radioAlthough no formal specification for ZigBee yet exists (approval by the ZigBee Alliance, a trade group, should come late this year), the outlook for ZigBee appears bright. Technology research firm In-Stat/MDR, in what it calls a “cautious aggressive“ forecast, predicts tha
24、t sales of 802.15.4 nodes and chipsets will increase from essentially zero today to 165 million units by 2010. Not all of these units will be coupled with ZigBee, but most probably will be. Research firm ON World predicts shipments of 465 million wireless sensor RF modules by 2010, with 77% of them
25、being ZigBee-related.In a sense, ZigBees bright future is largely due to its low data rates20 kbps to 250 kbps, depending on the frequency band used (Figure 2)compared to a nominal 1 Mbps for Bluetooth and 54 Mbps for Wi-Fis 802.11g technology. But ZigBee wont be sending email and large documents, a
26、s Wi-Fi does, or documents and audio, as Bluetooth does. For sending sensor readings, which are typically a few tens of bytes, high bandwidth isnt necessary, and ZigBees low bandwidth helps it fulfill its goals of low power, low cost, and robustness.Figure 2: ZigBees data rates range from 20 kbps to
27、 250 kbps, depending on the frequency used湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译8Because of ZigBee applications low bandwidth requirements, a ZigBee node can sleep most of the time, thus saving battery power, and then wake up, send data quickly, and go back to sleep. And, because ZigBee can transition from sleep mode t
28、o active mode in 15 msec or less, even a sleeping node can achieve suitably low latency. Someone flipping a ZigBee-enabled wireless light switch, for example, would not be aware of a wake-up delay before the light turns on. In contrast, wake-up delays for Bluetooth are typically around three seconds
29、.A big part of ZigBees power savings come from the radio technology of 802.15.4, which itself was designed for low power. 802.15.4 uses DSSS (direct-sequence spread spectrum) technology, for example, because the alternative FHSS (frequency-hopping spread spectrum) would have used too much power just
30、 in keeping its frequency hops synchronized.ZigBee nodes, using 802.15.4, can communicate in any of several different ways, however, and some ways use more power than others. Consequently, ZigBee users cant necessarily implement a sensor network any way they choose and still expect the multiple-year
31、 battery life that is ZigBees hallmark. In fact, some technologists who are planning very large networks of very small wireless sensors say that even ZigBee is too power hungry for their uses.A ZigBee network node can consume extra power, for example, if it tries to keep its transmissions from overl
32、apping with other nodes transmissions or with transmissions from other radio sources. The 802.15.4 radio used by ZigBee implements CSMA/CA (carrier sense multiple access collision avoidance) technology, and a ZigBee node that uses CSMA/CA is essentially taking a listen-before-talk approach to see if
33、 any radio traffic is already underway. But, as noted by Venkat Bahl, marketing vice president for sensor company Ember Corp. and vice chairman of the ZigBee Alliance, thats not a preferred approach. “Having to listen burns power,“ says Bahl, “and we dont like to do that.“Another ZigBee and 802.15.4
34、 communications option is the beacon mode, in which normally sleeping network slave nodes wake up periodically to receive a synchronizing “beacon“ from the networks control node. But listening for a beacon wastes power, too, particularly because timing uncertainties force nodes to turn on early to a
35、void missing a beacon.In-Your-Face Communication湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译9To save as much power as possible, ZigBee employs a talk-when-ready communication strategy, simply sending data when it has data ready to send and then waiting for an automatic acknowledgement. According to Bob Heile, who is chairman
36、 of both the ZigBee Alliance and IEEE 802.15, talk-when-ready is an “in-your-face“ scheme, but one thats very power efficient. “We did an extensive analysis that led to the best power-saving strategy in various kinds of environments from quiet to noisy,“ Heile says. “We discovered that, hands down,
37、we were better off just sending the packet and acknowledging it. If you dont get an ack, it just means you got clobbered, so send it again. You wind up having much better power management than if you listen and determine if its quiet before you talk.“ Fortunately, this in-your-face strategy leads to
38、 very little RF interference. Thats largely because ZigBee nodes have very low duty cycles, transmitting only occasionally and sending only small amounts of data. Other ZigBee nodes, as well as Wi-Fi and Bluetooth modules, can easily deal with such small, infrequent bursts.ZigBees talk-when-ready sc
39、heme doesnt suit all purposes, however. For example, in a network of thousands of tiny sensors dropped into a war zone to monitor enemy troop movements, the power savings provided still might not be enough. With each network node sending data periodicallyand with transmissions repeated numerous time
40、s through other nearby nodes of a mesh network configuration in order to reach a network controllerlarge numbers of packet collisions and retransmissions could waste power and significantly shorten sensor node battery life. If the sensor batteries are very small and power-limited, thats especially p
41、roblematic.Although contention for airwave access isnt generally a problem for ZigBee, it can be. Sensor-network company Dust Networks, in fact, says contention issues are keeping the company from turning to ZigBeefor now, at leasteven though Dust remains a member of the ZigBee Alliance. “Each ZigBe
42、e device needs to contend for airspace with its neighbors,“ says Dust director of product management Robert Shear, “so theres inevitably some contention and some inefficiency.“ To avoid ZigBees access contention, Dust uses contention-free TDMA (time division multiple access) technology. ZigBee, thro
43、ugh the 802.15.4 MAC layer, provides guaranteed time slots in a scheme that somewhat resembles TDMA, but only as part of an optional “superframe“ thats more complex and less power-efficient than TDMA.ZigBee has still more power-saving tricks up its sleeve, however. For example, it reduces power cons
44、umption in ZigBee components by providing for power-saving reduced-function devices (RFDs) in addition to more capable full-function devices (FFDs). Each ZigBee network needs at least one FFD as a controller, but most network 湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译10nodes can be RFDs (Figure 3). RFDs can talk only with
45、FFDs, not to other RFDs, but they contain less circuitry than FFDs, and little or no power-consuming memory.Figure 3: ZigBee networks can contain as many as 65,536 nodes in a variety of configurationsZigBee conserves still more power by reducing the need for associated processing. Simple 8-bit proce
46、ssors like an 8051 can handle ZigBee chores easily, and ZigBee protocol stacks occupy very little memory. An FFD stack, for example, needs about 32 kbytes, and an RFD stack needs only about 4 kbytes. Those numbers compare with about 250 kbytes for the far more complex Bluetooth technology.From ZigBe
47、es relatively simple implementations, cost savings naturally accrue. RFDs, of course, reduce ZigBee component costs by omitting memory and other circuitry, and simple 8-bit processors and small protocol stacks help keep system costs down. Often, an applications main processor can easily bear the sma
48、ll additional load of ZigBee processing, making a separate processor for ZigBee functions unnecessary.But the main strategy for keeping ZigBee prices low is to have big markets and high volumes. The ZigBee Alliance, by making ZigBee an open standard and by vigorously promoting interoperability among
49、 ZigBee devices, expects that ZigBee will be very big in applications such as home and building automation. The alliance is currently working on interoperability procedures for those particular applications, which it expects to complete later this year along with ZigBee Specification 1.0.湖北大学本科毕业论文（设计）外文翻译11One reason for optimism about ZigBee adoption for home automation and security is its ease of use. ZigBee networks are self-forming, making it easy even for consumers to set them up. “In the residential space, theres no configuration in
