Zigbee 技術問題匯總

1. Zigbee 來源於藍牙
    在藍牙技術的使用過程中，人們發現藍牙技術儘管有許多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和工業遙測遙控領域而言，藍牙技術顯得太複雜，功耗大，距離近，組網規模太小等，……而工業自動化，對無線數據通信的需求越來越強烈，而且，對於工業現場，這種無線數據傳輸必需是高可靠的，並能抵抗工業現場的各種電磁干擾。因此，經過人們長期努力，Zigbee 協議在2003 年中通過後，於2004 正式問世了。

2. Zigbee 就是一個屬於你自己的高可靠的無線數傳網路：
    Zigbee 是一個由可多到65000 個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網路平台，十分類似現有的移動通信的CDMA 網或GSM 網，每一個Zigbee 網路數傳模塊類似移動網路的一個基站，在整個網路範圍內，它們之間可以進行相互通信；每個網路節點間的距離可以從標準的75 米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個Zigbee 網路不僅可以“無限”擴展開來，而且還可以與現有的其它的各種網路連接。例如，你可以通過互聯網在北京監控雲南某地的一個Zigbee 控制網路。
    不同的是，Zigbee 網路主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網主要是為語音通信而建立；每個移動基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個Zigbee“基站”卻不到幾百元人民幣;每個Zigbee 網路節點不僅本身可以與監控對對象，例如感測器連接直接進行數據採集和監控，它還可以自動中轉別的網路節點傳過來的數據資料; 除此之外，每一個Zigbee 網路節點（FFD）還可在自己信號覆蓋的範圍內，和多個不承擔網路信息中轉任務的孤立的子節點（RFD）無線連接。
    每個Zigbee 網路節點（FFD 和RFD）可以可支持多到31 個的感測器和受控設備，每一個感測器和受控設備終可以有8 種不同的介面方式。可以採集和傳輸數字量和模擬量。

3. Zigbee 技術的應用領域：
    Zigbee 技術的目標就是針對，工業，家庭自動化，遙測遙控，例如燈光自動化控制，感測器的無線數據採集和監控，油田，電力，礦山和物流管理等應用領域。
    工業現場對無線數據傳輸的要求及Zigbee 技術的特點：
    低功耗，低數據量（250KPS）,低成本，使用免費的ISM 頻段（2.4G）,高的抗干擾性能的直序擴頻通信方式(DSSS)，高保密性(64 位出廠編號和支持AES-128 加密)，高集成度和高的可靠性；節點模塊之間具有自動動態組網的功能，採用了包括網狀網在內的拓撲結構，使用了碰撞避免機制，信息在整個Zigbee 網路中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性。

4. Zigbee 的發展前景：
    Zigbee 技術和RFID 技術在2004 年就被列為當今世界發展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術中的兩個。關於這方面的報道，你只需在百度，或GOOGLE 搜索欄中鍵入“Zigbee”,你就會看到大量的有關報道。總之，今後若干年，都將是Zigbee 技術飛速發展的時期。

5. Zigbee 網路的數據傳輸速率：
    Zigbee 每個網路模塊射頻前端的數據傳輸速率是250K, 而控制端數據處理速率，則取決於所使用的CPU 的處理速度。

6. Zigbee 技術為什麽要使用網狀網通信方式：
    網狀網通信實際上就是多通道通信，在實際工業現場，由於各種原因，往往並不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時中斷，此時由於我們有多個通道，車輛（相當於我們的控制數據）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業現場控制而言則非常重要。

7. 什麽是自動組網：
    舉一個簡單的例子就可以很好地說明這個問題，假如一隊傘兵從天而降，他們每人持有一個Zigbee 網路模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網路模塊的通信範圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的Zigbee 網路。他們預先並不知道誰與誰為鄰。同時，由於人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯絡，對原有網路進行刷新。

8. 為什麽網路要採用動態路由的方式：
   首先，我們必須明白，什麽是動態路由？動態路由，就是指網路中數據傳輸的路徑，並不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網路當時可利用的所有路徑進行搜索，並決定它們的遠近，然後選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。在我們的網路管理軟體中，路徑的選擇使用的是“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點的通路進行傳輸，以此類推，直到數據包送達目的地為止。在實際工業現場，往往預先確定的傳輸路徑，隨時都可能發生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過於繁忙不能進行及時傳送。動態路由結合網狀網拓撲結構，就可以很好解決這個問題，從而保證數據的可靠傳輸。

9. Zigbee 採用直序擴頻的通信方式有什麽好處？
    同樣的頻段， 不同的通信方式則有很大的差別, 例如ASK,FSK,FHSS,DSSS 等，從抗干擾能力，通信安全保密性，可靠性都不相同。Zigbee 系統和CDMA 系統一樣，都採用的是直序擴頻技術（DSSS),它是一種抗干擾能力極強，保密性，可靠性都很高的通信方式。如果你使用過這兩種技術的通信產品，你會發現兩者在可靠性上有著明顯的不同。
    由於擴頻技術在正常通信時所要求的信噪比可以很低，就是說，在干擾很強的環境下，它仍然能夠正常工作。根據計算和實驗，這相當於它的接收靈敏度提高了7dBm. 它也不容易干擾別人。換句話說，它可以使用較低的功率傳輸更遠的距離。關於Zigbee 所採用的直序擴頻技術的其它許多優點這裡不再討論。下面我們引用與擴頻技術優越性有關的一些資料說明，供各位參考：
    CDMA 是繼世界上推出數字通信技術之後，1995 年又推出的一種新型數字蜂窩技術，它利用數字傳輸方法，採用擴頻通信技術，大幅度地提高了頻率利用率，具有容量大、覆蓋範圍廣、手機功耗小、話音質量高的突出優點，將移動通信技術推向發展新階段。CDMA（碼分多址連接）蜂窩系統與FDMA（頻分多址連接）和TDMA（時分多址連接）系統相比，CDMA 系統具有以下突出優點：

1. 抗干擾性能好 由於CDMA 經過擴頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。
2. 抗多徑衰落能力強 多徑衰落是影響移動通信質量的一個突出問題，通常必須採取空間分集、自適應均衡等技術加以克服，還有較大衰落余量。CDMA 系統可以利用多徑信號提供路徑分集，這樣不但緩和瑞利衰落，而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落，從而大大提高通信質量。
3. 系統容量增大 對於FDMA 與TDMA，若小區的頻點或時隙一分配完，則小區就不能接收新的呼叫， 容量有硬性限制。而CDMA是干擾受限系統，在指定的干擾電平下，即使用戶數已達到限定數目時，也還允許增加個別用戶，其缺點是造成話音質量下降。業務提供者可在容量與話音質量之間進行平衡。CDMA 精確的功率控制和軟切換技術大大降低了干擾信號的強度和所需的信噪比要求，而且有效地採用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接收、功率控制。據介紹，CDMA 信噪比是DAMPS、TDMA 的3.7 倍，是TACS 的11.2 倍，是AMPS 的13.6 倍，是FM/FDMA 方式的20 倍。
4. 通信質量好CDMA 系統採用直接序列擴頻技術，綜合應用時間分集、頻率分集、空間分集、路徑分集等多種分集技術克服多徑效應，可以獲得很強的抗干擾能力，加上它在越區切換時採用先建立后中斷的軟切換技術，保證了CDMA 的通信質量，特別在越區切換時無乒乓效應。本系統屬寬頻低噪比，波形允許採用高冗餘度糾錯編碼和高效數字調製技術來確保高質量話音和數據傳輸。
5. 頻率利用率高CDMA 系統的同一頻率，可以在所有小區內重複使用，其頻率復用率為2/3（FDMA 和TDMA 的頻率復用率為1/7），不需要FDMA 和TDMA 那樣進行頻率配置，大大簡化了小區分裂和微蜂窩引入。
6. 多址能力強CDMA 系統多址能力決定擴頻編碼間的多址干擾大小，它與使用的擴頻編碼方案有關，與同時發送信號的用戶間的多址干擾（即擴頻編碼的相關特性）有關，與允許的接收質量有關（輸出信噪比），因此同時工作用戶間的多址干擾越低，能允許的接收質量越低，CDMA 技術的多址能力就越強。
7. 高度可靠的保密安全性CDMA 移動通信系統是一個保密通信系統，若再加一定的加密演算法技術，能大大提高通信保密性能，這是FDMA、TDMA 系統所無法比擬的。分析其採用的擴頻系統，要想截獲別人的通信內容幾乎是不可能的，如只要機內鋰電池不放完電，它以512KHz 的時鐘頻率加以改變其序列的即時狀態，即使是連續工作，它的擴頻地址序列周期也長達7 年。它還可以方便地在CDMA 系統設置和改變主密鑰、副密鑰、擴頻碼錶、標準加密演算法等，使通信的保密性更為可靠。
8. 手機功耗小CDMA 採用功率控制后，僅在衰落期間調高發射功率電平，從而使平均發射功率減小，FDMA 的最小功率為5mW、平均發射功率為794 mW、峰值功率為3W，而CDMA 的最小功率為2.3mW、平均發射功率為5 mW、 峰值功率為100 mW。由此可見CDMA 的平均發射功率和最大發射功率比FDMA 低，從而使系統容量增加，減少了小區數和降低設備成本。

10.Zigbee 使用的是2.4G 免費頻段，這是什麽意思：
    在我國和世界上大多數其他國家，一般使用無線電設備都是要付頻率使用費的，包括手機通信，只不過移動運營商已經向國家支付了這筆費用，並通過號碼佔用費等方式向用戶收取了這筆費用。在使用其它無線設備時，你首先要向國家相關部門申請頻率使用許可，然後根據你的無線設備所使用的頻率，功率大小和數量收取費用。這是一筆不小的費用，一般設備一年往往要交納幾千元的費用。而免費頻段，是指各個國家根據各自的實際情況，並考慮儘可能與世界其他國家規定的一致性，而劃分出來的一個頻段，專門用於工業，醫療以及科學研究使用（ISM 頻段）， 不需申請而可以免費使用的頻段。我們國家的2.4G 頻段，就是這樣一個頻段。然而，為了保證大家都可以合理使用，國家對該頻段內的無線收發設備，在不同環境下的使用功率做了相應的限制。例如在城市環境下，發射功率不能超過100mW。

11.Zigbee 是否只適合於近距離通信？
    距離不是問題，除了我們每個節點模塊可以通過提高接收靈敏度，和發射功率來增加節點間的通信距離外，我們的整個網路還可以通過增加網路節點數量，向外“無限”延伸擴展開來。但當你追求遠距離時存在兩個問題：

1. 你的發射功率要增加，耗電量自然要增大，當你使用電池壽命自然要變短，除非你有電源供電；
2. 儘管2.4Ghz 是免費頻段，但如果你在城市中使用，國家無委會仍然有一個最大使用功率的限制。當然不在城市中使用另當別論。

12. 由於Zigbee 網路僅只是一個區域網，如果我們想要實現遠距離遙測遙控怎麽辦？
    Zigbee 網路還可以通過介面卡等多種方式，與互聯網，GPRS網,CDMA1x 網以及其它通信系統線連接，從而實現遠程操控。你也可以通過其它網路，將兩個或多個局部Zigbee 網路連接在一起。

13.為什麽說Zigbee 技術主要是應當今工業自動化，對可靠的無線數據傳輸日益增長的需求而產生的？
    Zigbee 技術本身，就是因為蘭牙技術不能滿足工業自動化中，對低數據量，低成本，低功耗，高可靠性的無線數據通信的需求而產生的。因為，對於工業現場，這種無線數據傳輸必需是高可靠的，並能抵抗工業現場的各種電磁干擾。Zigbee 技術中，使用網狀網拓撲結構，自動路由，動態組網，直序擴頻的方式。就是為了滿足工業自動化控制現場的這種需要。

14.Zigbee 和現有移動網（GPRS，CDMA-1X）的比較：

1.  無網路使用費：使用移動網需要長期支付網路使用費，而且是按節點終端的數量計算的，而Zigbee 沒有這筆費用；
2.  設備投入低：使用移動網需要購買移動終端設備，每個終端的價格在人民幣1000 元上下，而使用Zigbee 網路，不僅Zigbee 網路節點模塊（相當於基站）費用每隻人民幣不到1000 元，而且，主要使用的網路子節點（相當於手機）的價格還要低得多；
3.  通信更可靠：由於現有移動網主要是為手機通信而設計的，儘管CDMA-1X 和GPRS 可以進行數據通信，但實踐發現，不僅通信數率比設計速率低很多，而且數據通信的可靠信，連續性在許多情況下也得不到保證。而Zigbee 網路則是專門為控制數據的傳輸而設計的,因而控制數據的傳輸具有相當的保證。
4.  高度的靈活性和低成本：首先，通過使用覆蓋距離不同,功能不同的Zigbee 網路節點，以及其它非Zigbee 系統的低成本的無線收發模塊，建立起一個Zigbee 局部自動化控制網，再通過互聯網或移動網與遠端的計算機相連，從而實現低成本，高效率的工業自動化遙測遙控；
5.  比起現有的移動網來，儘管Zigbee 僅僅只是一個區域網，但通過供足夠的數據出口，它可以“無限”擴大它的覆蓋範圍，而且可以與現有的移動網，互聯網和其它通信網路相連接。並通過這些網路將許多個Zigbee 區域網相互連成為一個整體。有效的解決移動網的盲區覆蓋問題：我們知道，現有移動網路在許多地方存在盲區，特別是鐵路，公路，油田，礦山等野外，更是如此。而增加一個移動基站或直放站的費用是相當可觀的，此時使用Zigbee 網路進行盲區覆蓋不僅經濟有效，而且往往是現在唯一可行手段。

15. Zigbee 與現有數傳電台的比較：

1.  可靠性高：由於Zigbee 模塊的集成度遠比一般數傳電台高，分離元器件少，因而可靠性更高；
2.  使用方便安全：因為集成度高，比起一般數傳電台來，Zigbee收法模塊體積可以做得很小，而且功耗低，最大發射電流比一個CDMA手機還要小許多，因而很容易集成或直接安放在到設備之中，不僅使用方便，而且在戶外使用時，不容易受到破壞。
3.  抗干擾力強，保密性好，誤碼率低：Zigbee 收發模塊使用的是2.4G 直序擴頻技術，比起一般FSK, ASK 和跳頻的數傳電台來，具有更好的抗干擾能力，和更遠的傳輸距離；
4.  免費頻段：Zigbee 使用的是免費頻段，而許多數傳電台所使用的頻段不僅需要申請，而且每年都需要向國家無委會交納相當的頻率使用費。
5.  價格低： Zigbee 數傳模塊的價格只有具有類似功能的數傳電台的幾分之一。