zigbee技术难题在哪 技术上有什么优缺点

 

　　ZigBee技术的优缺点

　　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。
 

　　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。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的缺点：
 

　　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。
 

　　我们在长期应用Zigbee技术来解决实际问题的实践中，也发现了几个十分重要，而在短期内我们认为十分难以解决的问题：
 

　　1. Zigbee的核心技术之一，是动态组网和动态路由，即Zigbee网络考虑了网络中的节点增减变化，网络中 的每个节点相隔一定时间，需要通过无线信号交流的方式重新组网，并在每一次将信息从一个节点发送到另一个节点时，需要扫描各种可能的路径，从最短的路经尝 试起，这就涉及到无线网络的管理问题。而这些，都需要占用大量的带宽资源，并增加数据传输的时延。特别是随着网络节点数目的增加和中转次数增多。因而，尽管Zigbee的射频传输速率是250kbps 但经过多次中转后的实际可用速率将大大降低，同时数据传输时延也将大大增加，无线网络管理也就变得越麻烦。这也就是目前Zigbee网络在数据传输时的主要问题。
 

　　2. Zigbee这个字，从英语的角度来分析，它是由“Zig”和“bee”两个字组成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路径，后面一个英文单词“bee”就是蜜蜂的意思，我们的理解，Zigbee网络技术，就是模仿蜜蜂信息传递的方式，通过网络节点之间信息的相互互传，来将一个信息从一个节点传输到远处的另外一个节点。如果按一般标准Zigbee节点，在开阔空间每次数据中转平均增加50米直线传输距离计算，传输500米直线距离需要中转十次;在室内，由于Zigbee所使用的2.4 G的传输频率，一般是通过信号反射来进行传输的，由于建筑物的遮挡，要传输一定的距离，往往需要使用较多的网络节点来进行数据中转，如上述第一条中的分析，这对一个Zigbee网络来讲，并不是一件简单的事情。当然，我们也可使用放大器来增加Zigbee网络节点的传输距离，然而，这必然要大大增加网络节点的功耗和成本，失去了Zigbee低成本低功耗的本来目的。而且，在室内使用这种方法来增加传输距离，效果也有限。显然，一种通过中心点在室外，终端模块在室外的星状网网络通信结构更加合理。
 

　　3.Zigbee的核心技术之一，是每一个网络节点，除了自身作为信息采集点和执行来自中心的命令外，它还承担着随时来自网络的数据中转任务，这样，网络节点的收发机必须随时处于收发接收状态，这就是说它的最低功耗至少在20mA左右，一般使用放大器的远距离网络节点，其耗电量一般在150mA左右。这显然很难使用电池驱动来保证网络节点的正常工作;
 

　　4.由于Zigbee中的每一个节点，都参与自动组网和动态路由的工作，因而每个网络节点的单片机也就相对复杂一些，成本自然也就高一些。另外，在Zigbee网络的基础上进行一些针对具体应用的开发工作的量也就大一些。
 

　　虽然说zigbee在应用中还存在着难题，但是从总体和未来的发展趋势看， ZigBee在未来市场的发展前景会更好，毕竟在系统的通用性、OTA的支持、以及和其他产品的互通上都具有很大的优势。
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