Zigbee实现智能家庭

1 引言

　　智能家庭一直是现代科学技术的一个发展方向。在您的家里，您可以使用一个简单的控制器就能控制室内空调系统的运行，同时还可以用它来控制每个房间灯光的开关和明暗、窗帘的闭合和打开。

家里如果有老年人或是行动不便者，还可以用它作为紧急呼叫器，电视机和音响也能用它来进行控制。这样的一个万能遥控器用 ZigBee技术就能实现。而且不仅如此，如果在您的键盘、鼠标、游戏摇杆上装有 Zigbee元件，它们也都可以变成无线的。 Zigbee还能装载在家中的烟雾侦测器、门禁系统中，成为您家中安全的保障。

　　2 Zigbee技术

　　Zibee设备是一种拓展性强，易布建，低成本的无线网络设备，具有低耗电、双向传输和感应功能等特点。Zibee技术的物理层和MAC层标准的制定工作是在IEEE802.15.4任务组中进行。IEEE在2000年 12月成立了802.15.4小组，致力于对较长使用寿命 (电池可以维持数月至数年)、低复杂度、可应用于传感器、互动玩具、智能标记、远程控制和自动化家庭的低速率通信解决方案的研究。IEEE 802.15.4标准在 2003年5月通过。

　　Zigbee设备工作在2.4GHz全球通用ISM频段和 868MHz(欧洲ISM频段)／915MHz(北美ISM频段)3 个频段，采用二进制相移键控(BPSK)、偏移正交相移键控(O-QPSK)调制方式，发射功率在-3dBm以上，速率可以到达 20／40／250kbit／s。具体的物理层参数指标参见表1。

　　IEEE 802.15.4定义了一种可选的MAC层超帧结构，超帧包括活跃(Active)和非活跃(Inactive)两部分。在非活跃部分，设备可以进入低功耗模式(休眠状态)；在活跃部分又分为竞争期和非竞争期，竞争期提供给以CSMA-CA方式接人的设备使用，非竞争期由若干保障时隙组成，提供给某些需要保留一定数据带宽的设备。这种超帧结构体现了IEEE 802.15.4低功耗的一大特点，非活跃期的引入限制了设备之间收发信机的开通时间，在无数据传输时使它们处于休眠状态，从而大大节省了功率开支。

　　Zigbee设备分为全功能设备和精简功能设备，精简功能设备相对全功能设备协议栈简单并且内存更小，只能和某个全功能设备进行交互。而全功能设备具有完备的IEEE 802.15.4协议功能，能与其传输范围内的任何节点进行交互。两种设备相互组合，可以组成网状网络、星型网络和树型网络。

　　Zigbee是第一种用于传感器与制动器等监测和控制应用的开放无线标准。Zigbee采用网格网络 (MeshNetwork)分布式网络架构，可提供多条传输路径，故能提高网络的可靠性和扩展性。网格网络分布式网络架构的自我修复能力同时能使 Zigbee网络稳定可靠，亦即网络只要包含足够的路由器节点，就算某个路由器节点发生问题，例如操作环境包含Wi-Fi 等同样使用ISM频带的干扰源，数据仍能经由其它路径抵达目的地，Zigbee网络即可稳定工作。

　　Zigbee技术的主要优势包括：

　　(1)低功耗，省电：由于Zigbee传输速率低，传输数据量相对少，因而收发信息的时间少；另外，Zigbee 设备在非工作状态可处于睡眠模式，所以非常省电，其电池寿命可持续几个月到几年；即使是电源供电条件下其功耗也远远低于Wi-Fi和Bluetooth。

　　(2)高可靠性：由于采用载波侦听多点接人／冲突避免(CSMA／CA)的媒体访问控制协议以及应答式通信机制，每次数据发送成功时都由接收方确认收到，没有得到确认的数据说明发生了碰撞，可进行重传。这种机制大大提高了通信的可靠度。

　　(3)网络可扩充性：Zigbee设备可以使用64bit的 IEEE物理地址，也可以使用l6bit的网络短地址，这样整个网络规模可达到6.5万个以上的节点；另外， Zigbee网络采用自组织网络(AdHoeNetwork)的结构，在网络的组建和维护上都具有相当大的灵活度，因而Zigbee在网络上的优势不容忽视。

　　(4)架构简单，易实现，其协议栈大小约为Blue- tooth的1／4。

　　(5)低成本，目前其芯片的批量购买价格已低于每块3美元。

　　Zigbee技术可以应用到医疗卫生中的远程监测病人身体状况、家庭自动化中的照明设备、空调设备、门禁系统的远程控制，另外在工农业生产中也有很广泛的应用，如工业中的数据自动采集和处理，农业中自动化、网络化和智能化的远程控制设备进行播种。

3 ZigBee联盟

Zigbee联盟负责制订Zigbee技术的网络层、安全管理、应用层规范以及互通性测试。Zigbee联盟于 2002年8月由Honeywell，Mitsubishi，Motorola．Philips 及In vensys共同成立。其目标是将无线智能系统植入到日常生活的设备中，向用户提供集灵活性、移动性和简单易用于一身的终极解决方案。Zigbee 技术将广泛地嵌入到多种产品和应用中去，这