分析ZigBee技术的优缺点

2022-01-27 15:15:23 admin 196

  ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。那么,ZigBee技术都有哪些优缺点呢?

 ZigBee技术优点

  1、低功耗:工作模式下,ZigBee技术的传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短。其次,在非工作模式情况下,ZigBee的节点处于休眠状态。设备搜索延迟一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备接入信道时延为15 ms。由于工作时间较短,收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得ZigBee节点非常省电。ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右,对于某些占空比(工作时间/(工作时间+休眠时间))小于1%的应用,电池的寿命甚至可以超过十年。相比较蓝牙仅能工作数周,WIFI仅可工作数小时。

ZigBee技术

  2、低成本:通过大幅简化协议,降低了对节点存储和计算能力的要求,。根据研究以8051的8位微控制器测算,全功能设备需要32K的代码,精简功能只需要4KB的代码,而且ZigBee协议专利免费。

  3、低速率:ZigBee工作在20-250kbit/s的较低速率,分别提供250kbit/s(2.4GHz)、40kbit/s(915MHz)和20kbit/s(868MHz)的原始数据吞吐率,能够满足低速率传输数据的应用要求。

  4、近距离:ZigBe设备点对点的传输范围一般介于10-100米之间。在增加射频发射功率后,传输范围可增加到1-3km。如果通过路由和节点间的转发,传输距离可以更远。

  5、短时延:ZigBee响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需要15ms。节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较蓝牙需要3-10秒,WIFI需要3秒。

  6、网络容量大:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使得它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对于全功能器件,要求它支持所有的49个参数。而对于简化功能器件,在最小配置时只要求他支持38个参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话, 可以按3种方式工作,分别是个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络节点最多包括有255个ZigBee网络节点,其中有一个是主控(Master)设备,其余则是从属(Slove)设备。若是通过网络协调器(Network Coordinator),整个网络可以支持超过64000个ZigBee网络节点,再加上各个网络协调器可以相互连接,整个ZigBee的网络节点的数目将是十分可观。

  7、高安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能。在数据传输过程中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供了足够的安全保护,器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级的安全级别,器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件来获取数据,在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据传输过程中,采用AES的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法用户。

  8、免执照频段:ZigBee设备物理层采用工业、科学、医疗(ISM)频段。

  9、数据传输可靠:ZigBee的媒质传入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻发送,发送的每个数据分组都必须等待接收方的确认消息,并进行确认信息回复。若没有得到确认信息的回复就表示发生了冲突,将重传一次。采用这种方法可以提高系统信息传送的可靠性。ZigBee为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时竞争和冲突。同时,ZigBee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。

  ZigBee技术缺点

  1、成本:目前ZIGBEE芯片出货量比较大的TI公司,芯片其成本均在2~3美金左右,再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件,成本难以低于10美金,针对智能家居这种成本敏感而有需要大量节点的家用设备,其成本颇为尴尬。

  2、通信稳定性:目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.5G频率,其衍射能力弱,穿墙能力弱。家居环境中,即使是一扇门,一扇窗,一堵非承重墙,也会让信号大打折扣。当然,有些厂家会使用射频功放,对2.5G信号进行放大,但是这样会造成额外的辐射污染,同时也和ZIGBEE低功耗,节能的初衷背道而驰。


  3、自组网能力:Zigbee技术的主要特点是支持自组网能力强,自恢复能力强,因此,对于井下定位,停车场车位定位,室外温湿度采集,污染采集等应用非常具有吸引力。然而,对于智能家居的应用场景中,开关,插座,窗帘的位置一旦固定,一直不变,自组网的优点也就不复存在,但是自组网所耗费的时间和资源却依旧高昂。

总结

  Zigbee是一种新兴的专为低速率无线个域网(LR-WPAN)而设计的低成本、低功耗的短距离无线通信协议,能够广泛的应用于军事、工业、智能家居等领域。但由于Zigbee技术出现较晚,其规范及应用仍在不断的完善和发展之中。


标签: ZigBee
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