cookieOptions = {...}; ‧ 細說 Zigbee 的特性與應用 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網
2015年6月25日 星期四

來源:百度百科  

ZigBee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規定,ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通訊技術。這一名稱(又稱紫蜂協議)來源於蜜蜂的八字舞,由於蜜蜂(bee)是靠飛翔和嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的舞蹈,來與同伴傳遞花粉所在方位資訊,也就是說蜜蜂依靠這樣的方式,構成了群體中的通信網路。

其特點是近距離、低複雜度、自組織、低功耗、低資料速率。主要適合用於自動控制和遠端控制領域,可以嵌入各種設備。簡而言之,ZigBee就是一種便宜的,低功耗的近距離無線組網通訊技術

ZigBee是一種低速、短距離傳輸的無線網路協議。ZigBee協議從下到上分別為實體層(PHY)媒體存取控制層(MAC)傳輸層(TL)網路層(NWK)應用層(APL)等。其中實體層媒介存取控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定。

1起源
ZigBee譯為"紫蜂",它與藍牙相類似。是一種新興的短距離無線通訊技術,用於傳感控制應用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作組中提出,並由其TG4工作組制定規範。

20018月,ZigBee Alliance成立。
2004年,ZigBee V1.0誕生。它是Zigbee規範的第一個版本。由於推出倉促,存在一些錯誤。
2006年,推出ZigBee 2006,比較完善。
2007年底,ZigBee PRO推出。
20093月,Zigbee RF4CE推出,具備更強的靈活性遠程式控制制能力。
2009年開始,Zigbee採用了IETFIPv6 6Lowpan標準,作為新一代智慧電網Smart Energy(SEP 2.0)的標準,致力於形成全球統一的,易於與網際網路整合的網路,實現端到端的網路通信。隨著美國及全球智慧電網的建設,Zigbee將逐漸被IPv6/6Lowpan標準所取代。

ZigBee的底層技術基於IEEE 802.15.4,即其實體層和媒體存取控制層,直接使用了IEEE 802.15.4的定義。

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,對無線資料通信的需求越來越強烈,而且,對於工業現場,這種無線傳輸必須是高可靠的,並能抵抗工業現場的各種電磁幹擾。因此,經過人們長期努力,ZigBee協議2003年正式問世。另外,Zigbee使用了在它之前,所研究過的針對家用網路通信協議Home RF Lite

長期以來,低價位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。藍牙的出現,曾讓工業控制、家用自動控制、玩具製造商等業者雀躍不已,


但是藍牙的售價一直居高不下,嚴重影響了這些廠商的使用意願。如今,這些業者都參加了IEEE802.15.4小組,負責制定ZigBee的實體層和媒體存取層。IEEE802.15.4規範是一種經濟、高效、低資料速率(<250kbps span="">、工作在2.4GHz868/915MHz的無線技術,用於個人區域網和對等網路。

它是ZigBee應用層和網路層協定的基礎。ZigBee是一種新興的近距離、低複雜度、低功耗、低資料速率、低成本的無線網路技術,它是一種介於無線標記技術和藍牙之間的技術提案。主要用於近距離無線連接。它依據802.15.4標準,在數千個微小的感測器之間相互協調實現通信。這些感測器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波,將資料從一個網路節點傳到另一個節點,所以它們的通信效率非常高。

網際網路標準化組織IETF,也看到了無線感測器網路(或者物聯網)的廣泛應用前景,也加入到相應的標準化制定中。以前許多標準化組織和研究者認為IP技術過於複雜,不適合低功耗、資源受限的無線感測器網路,因此都是採用非IP技術。在實際應用中,如ZigBee需要接入網路時,需要複雜的應用層閘道,也不能實現端到端的資料傳輸和控制。

與此同時,與ZigBee類似的標準還有z-waveANTEnocean等,相互之間不相容,不利於產業化的發展。IETF和許多研究者發現了存在的這些問題,尤其是CISCO的工程師基於開源的uIP協議,實現了羽量級的IPv6協議,證明瞭IPv6不僅可以運行在低功耗資源受限的設備上,而且,比ZigBee更加簡單,徹底改變了大家的偏見,之後基於IPv6的無線感測器網路技術得到了迅速發展。

IETF已經完成了核心的標準規範,包括IPv6資料包文和幀幅壓縮規範 6Lowpan、針對低功耗、低速率、鏈路動態變化的無線網路,路由式通訊協定 RPL 、以及針對無線感測器網路應用的應用層標準CoAP,相關的標準規範已經發佈。

IETF組織成立了IPSO聯盟,推動該標準的應用,並發佈了一系列白皮書。 IPv6/6Lowpan已經成為許多其它標準的核心,包括智慧電網ZigBee SEP2.0、工業控制標準ISA100.11a、有源RFID ISO1800-7.4DASH)等。

IPv6/6Lowpan具有諸多優勢: 可以運行在多種媒介上,如低功耗無線、電力線載波、WiFi和乙太網,有利於實現統一通信;IPv6可以實現端到端的通信,無需閘道,降低成本;6Lowpan中採用RPL路由式通訊協定,路由器可以休眠,也可以採用電池供電,應用範圍廣,而ZigBee技術路由器不能休眠,應用領域受到限制

6Lowpan標準已經得到大量開源軟體實現,最著名的是Contiki TinyOS系統,已經實現完整的協定,全部開源,完全免費,已經在許多產品中得到應用。IPv6/6Lowpan協定將隨著無線感測器網路,以及物聯網的廣泛應用,很可能成為該領域的事實標準。

2特性
低功耗。在低耗電待機模式下,25號乾電池,可支援1個節點工作624個月,甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。相比較,
藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。

TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee節點。該節點採用Micropelt公司的熱電發電機給TI公司的ZigBee提供電源。

低成本。通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以80518位微控制器測算,全功能的主節點需要32KB代碼,子功能節點少至4KB代碼,而且ZigBee免協議專利費。每塊晶片的價格大約為2美元。

低速率。ZigBee工作在20250kbps的速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)40kbps(915 MHz)20kbps(868 MHz)的原始資料吞吐率,滿足低速率傳輸資料的應用需求。

近距離。傳輸範圍一般介於10100m之間,在增加發射功率後,亦可增加到13km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。

短時延。ZigBee的回應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms,節點連接進入網路只需30ms,進一步節省了電能。相比較,藍牙需要310sWiFi 需要3s

高容量。ZigBee可採用星狀、片狀和網狀網路結構,由一個主節點管理若干子節點,最多一個主節點可管理254個子節點;同時主節點還可由上一層網路節點管理,最多可組成65000 個節點的大網。

高安全。ZigBee提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用存取控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取資,料以及採用高級加密標準(AES 128)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。

免執照頻段使用工業科學醫療(ISM)頻段,915MHz(美國)868MHz(歐洲)2.4GHz(全球)


由於此三個頻帶實體層並不相同,其各自通道頻寬也不同,分別為0.6MHz, 2MHz5MHz。分別有1, 10個和16個通道。

這三個頻帶的擴頻調製方式亦有區別。擴頻都使用直接序列擴頻(DSSS),但從比特到碼片的變換差別較大。調製方式都用了調相技術,但868MHz915MHz頻段採用的是BPSK,而2.4GHz頻段採用的是OQPSK

在發射功率為0dBm的情況下,藍牙通常能有10米的作用範圍。而ZigBee在室內通常能達到30-50米的作用距離,在室外空曠地帶甚至可以達到400(TI CC2530不加功率放大)

所以ZigBee可歸為低速率的短距離無線通訊技術。

無線資料傳輸

簡單的說,ZigBee是一種高可靠的無線數傳網路,類似於CDMAGSM網路。ZigBee數傳模組類似於行動網路基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里,並且支持無限擴展。

ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模組,組成的一個無線數傳網路平臺,在整個網路範圍內,每一個ZigBee網路數傳模組之間可以相互通信,每個網路節點間的距離,可以從標準的75m無限擴展。

動通信CDMA網或GSM網不同的是,ZigBee網路主要是為工業現場自動化控制資料傳輸而建立,因而,它必須具有簡單,使用方便,工作可靠,價格低的特點。而行動通信網主要是為語音通信而建立,每個基站價值一般都在數百萬元以上,而每個ZigBee“基站卻不到5000元台幣。

每個ZigBee網路節點,不僅本身可以作為監控物件,例如其所連接的感測器,直接進行資料獲取和監控,還可以自動中轉別的網路節點,所傳過來的資料。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,和多個不承擔網路資訊中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

組網通信方式
ZigBee技術所採用的組織網是怎麼回事?舉一個簡單的例子就可以說明這個問題,當一隊傘兵空降後,每人持有一個ZigBee網路模組終端,降落到地面後,只要他們彼此間在網路模組的通信範圍內,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。

而且,由於人員的移動,彼此間的聯絡還會發生變化。因而,模組還可以通過重新尋找通信物件,確定彼此間的聯絡,對原有網路進行刷新。這就是自組織網。


ZigBee技術為什麼要使用自組織網來通信?
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(相當於我們的控制資料)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。

為什麼自組織網要採用動態路由的方式?
所謂動態路由,是指網路中資料傳輸的路徑並不是預先設定的,而是傳輸資料前,通過對網路當時可利用的所有路徑進行搜索,分析它們的位置關係以及遠近,然後選擇其中的一條路徑,進行資料傳輸。

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,直到資料送達目的地為止。

在實際工業現場,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。動態路由結合網狀拓撲結構,就可以很好解決這個問題,從而保證資料的可靠傳輸。

ZigBeeGNU Radio
GNU Radio是免費的軟體發展工具套件。它提供信號運行和處理模組,用它可以在易製作的低成本的射頻(RF)硬體,和通用微處理器上實現軟體定義無線電。這套套件廣泛用於業餘愛好者,學術機構和商業機構用來研究和構建無線通訊系統。

GNU Radio 的應用主要是用Python 程式設計語言來編寫的。但是其核心信號處理模組是C++在帶浮點運算的微處理器上構建的。因此,開發者能夠簡單快速的構建一個即時、高容量的無線通訊系統。儘管其主要功用不是模擬器,GNU Radio 在沒有射頻RF 硬體部件的境況下,支援對預先儲存和(信號發生器)生成的資料,進行信號處理的演算法的研究。

ZigBee網路主要特點是低功耗低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網路拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網路中的設備可分為協調器(Coordinator)、彙聚節點(Router)、感測器節點(End Device)等三種角色

與此同時,ZigBee作為一種短距離無線通訊技術,由於其網路可以便捷的為使用者,提供無線資料傳輸功能,因此在物聯網領域具有非常強的可應用性。

3性能
1資料速率比較低,在2.4GHz的頻段只有250Kb/S,而且這只是鏈路上的速率,除掉通道競爭應答和重傳等消耗,真正能被應用所利用的速率,可能不足100Kb/s,並且餘下的速率,可能要被鄰近多個節點,和同一個節點的多個應用所瓜分,因此不適合做影像傳輸之類事情,適合的應用領域為——傳感和控制


2在可靠性方面ZigBee有很多方面進行保證。實體層採用了擴頻技術,能夠在一定程度上抵抗幹擾,MAC應用層(APS部分)有應答重傳功能。MAC層的CSMA機制,使節點發送前先監聽通道,可以起到避開幹擾的作用。當ZigBee網路受到外界幹擾,無法正常工作時,整個網路可以動態的切換到另一個工作通道上。

3時延,由於ZigBee採用隨機接入MAC層,且不支援時分複用的通道接入方式,因此不能很好的支持一些即時的業務

4能耗特性,能耗特性是ZigBee的一個技術優勢。通常ZigBee節點所承載的應用資料速率都比較低。在不需要通信時,節點可以進入很低功耗的休眠狀態,此時能耗可能只有正常工作狀態下的千分之一。由於一般情況下,休眠時間占總執行時間的大部分,有時正常工作的時間還不到百分之一,因此達到很高的節能效果。

5組網和路由性——網路層特性ZigBee大規模的組網能力——每個網路65000個節點,而每個藍牙網路只有8個節點。
因為ZigBee底層採用了直擴技術,如果採用非信標模式,網路可以擴展得很大,因為不需同步而且節點加入網路和重新加入網路的過程很快,一般可以做到1秒以內,甚至更快。藍牙通常需要3秒。在路由方面,ZigBee支持可靠性很高的網狀網的路由,所以可以佈置範圍很廣的網路,並支援多播和廣播特性,能夠給豐富的應用帶來有力的支持。

4學習方法
ZigBee作為一種個人網路的短程無線通訊協議,已經日益為大家所熟知,它最大的特點就是低功耗、可組網,特別是帶有路由的可組網功能,理論上可以使ZigBee覆蓋的通訊面積無限擴展。相對藍牙,紅外的點對點通信,和WLAN的星狀通信,ZigBee的協議就要複雜得多了。那麼我們究竟是該選擇ZigBee晶片去自己開發協定呢,還是直接選擇已經帶有了ZigBee協定的模組直接應用呢?玩轉晶片的代價:開發時間週期長;人力和技術儲備雄厚。
  

市場上的ZigBee射頻收發晶片實際上只是一個符合實體層標準的晶片,它只負責調製解調無線通訊信號,所以必須結合單片機,才能完成對資料的接收發送和協定的實現。

而單晶片也只是把射頻部分,和單片機部分整合在了一起,不需要額外的一個單片機,它的好處是節約成本,簡化設計電路,但這種單晶片也並沒有包含ZigBee協議在裡面。

這兩種情況都需要使用者根據單片機的結構,和寄存器的設置,並參照實體層部分的IEEE802.15.4協議,和網路層部分的ZigBee協定,自己去開發所有的軟體部分。這個工程量對於做實際應用的用戶來講是很大的,開發週期以及測試週期都是非常之長的,更由於是無線通訊產品,它的產品品質也不是很容易得到保障的。

即便許多ZigBee公司都提供自家晶片的ZigBee協定棧,但這只是提供一種協議的功能,而並不代表它具有真正的可應用性和可操作性,因為它並沒有提供一個對使用者的資料介面的詳細描述,使用者怎麼才能不顧及晶片內部的程式,而很簡單輕鬆的就把自己的資料通過晶片發送出去,甚至組成路由獲取傳送更遠方產品的資料,這都不是只包括了ZigBee協定棧的晶片,就能簡單實現的,ZigBee協議棧只是說,它有了協定的所有組成部分,而究竟怎麼把每部分結合,並有條不紊的運轉起來,並怎麼實現和使用者自己資料的協定通訊?一個包含了ZigBee協定棧的晶片是不可能實現得了的。

直接點講,這些需要使用者根據完整的協定代碼,和自己上層的通訊協定,再去一點一點每個部分的去修改協定棧中的內容,才能完成簡單的資料無線收發,而要完成一條路由,甚至整個網路的通信,那調試測試的時間,則會需要更長的。

那麼對於做實際應用的用戶來講,將會大大耽誤開發週期,並且這種具有複雜協定的無線產品,會具有更多的不定因素,更易受到外界環境條件的影響,在實際開發中遇到的問題將會五花八門,難於應付。玩轉模組的代價:省去ZigBee開發週期,能在推廣專案上搶到先機。

優秀可靠的ZigBee應用模組,具有在硬體上設計緊湊,體積小,貼片式焊盤設計,可以內置Chip,或外置SMA天線,通訊距離從100米到2500米不等,還包含了ADCDAC比較器,多個IOI2C等介面,和使用者的產品相對接。

軟體上包含了完整的ZigBee協議棧,並有自己的PC上的配置工具,採用串口和使用者產品進行通訊,並可以對模組進行發射功率,通道等網路拓撲參數的配置,使用起來簡單快捷。

透傳模組的好處,在於使用者不需要考慮模組中程式如何運行的,使用者只需要將自己的資料,通過串口發送到模組裡,然後模組會自動把資料用無線發送出去,並按照預先配置好的網路結構,和網路中的目的地址節點進行收發通訊了,接收模組會進行資料校驗,如數據無誤即通過串口送出。

不過大多數使用者應用ZigBee技術,都會有自己的資料處理方式,以致每個節點設備都會擁有自己的CPU以便對資料進行處理,所以仍可以把模組當成一種已經整合射頻、協議和程式的晶片。國際上各個ZigBee晶片廠商及模組廠商產品比對:
各廠商及晶片型號
Jennic
(JN5148)
TI (Chipcon)
(CC2530)
Freescal
(MC13192)
EMBER
(EM260)
ATMEL
(LINK-23X)
ATMEL
(Link-212)
工作頻率(Hz
2.4~2.485G
2.4~2.485G
2.4~2.485G
2.4~2.485G
2.4~2.485G
779~928M
可用頻段數(個)
16
16
16
16
16
4
無線速率(Kbit/s
250
250
250
250
250~2000
20~1000
發射功率(dBm
+2.5
+4.5
+3.6
+3
+3
+10
接收靈敏度(dBm
-97
-97
-92
-97
-101
-110
最大發射電流(mA
15
35
35
37.5
21
30
最大接收電流(mA
18
24
42
41.5
20
14
休眠電流(uA
0.2
1
1
1
0.28
0.5
工作電壓範圍(V
2.0~3.6
2.0~3.6
2.0~3.4
2.1~3.6
1.8~3.6
1.8~3.6
硬體自動CSMA-CA
硬體自動幀重發
硬體自動幀確認
硬體自動位址過渡
硬體FCS計算功能
硬體清除無線通道確認
硬體RSSI計算功能
硬體AES/DES
 
 有
硬體開放度
不開放
部分開放
部分開放
部分開放
全開放
全開放

(此對比表格,都僅對於貼片式,便於嵌入的模組,並僅依據各廠商的產品手冊提供的性能參數進行對比,在許多廠商官網上並沒法找到詳細的產品手冊,也有部分廠商是模棱兩可的參數說明,如此表格有錯誤的地方,歡迎使用過的或者瞭解其模組的朋友,可以對表格進行修改完善。)

市場上做ZigBee模組的廠商並不多,也只能挑選了部分熟知的廠商進行了一個小對比,部分廠商的產品本,並未入手進行過測試,所以室內室外的通信距離,並不是很清楚。有些廠商會加外部功放,有些並沒有加,以至於通信距離上來說都是不同的,並且無線通訊產品特別是ZigBee,環境對其的通信距離影響很大,各廠商的實測環境也各不相同(有些是置高,有些是功放較大),產品手冊上的通信距離最好只是作為一個衡量標準,僅供參考之用。

假如對這方面有興趣的朋友,或者正想使用ZigBee進行現場應用的朋友,詢問相關模組的時候,最好將自己的需求進行一個較為清晰的定位,如距離、資料量、組網、應用場景等。

因為ZigBee為近距離、低功耗、小資料量的技術,所以具體應用要求比較高,如在不考慮功耗的情況下,對於距離要求較高的應用,可以使用號稱點對點,能夠傳10Km~20Km遠的XBEE模組;如溫濕度等資料獲取,需要功耗較低,資料量不大,距離近的可以使用一些公司的低功耗模組(距離遠就犧牲了功耗)。

值得一提的是,由於ZigBee採用隨機接入MAC層,且不支援時分複用的通道接入方式,部分ZigBee模組一般會對資料進行校驗,返回ACK等操作(一般射頻晶片等硬體層會自帶,部分公司模組會在程式上也進行相應操作),網路節點數越多,整個網路所有節點採集的資料到伺服器的時間就越長,因此不能很好的支持一些即時性要求較高的業務。

5聯盟
ZigBee聯盟是一個高速增長的非牟利業界組織,成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、代工生產商以及最終使用者。成員正制定一個基於IEEE802.15.4、可靠、高性價比、低功耗的網路應用規格。

目前超過150多家家成員公司,正積極進行ZigBee規格的制定工作。當中包括7位推廣委員,半導體生產商、無線技術供應商及代工生產商。7位推廣委員分別為:HoneywellInvensysMitsubishiFreescalePhilipsSamsungchipcomember 

目標
ZigBee聯盟的主要目標是以透過加入無線網路功能,為消費者提供更富彈性、更易用的電子產片。ZigBee技術能融入各類電子產品,應用範圍橫跨全球民用、商用、公用及工業用等市場。生產商終於可以利用ZigBee這個標準化無線網路平臺,設計簡單、可靠、便宜又省電的各種產品。

Ember、艾默生、飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor,Inc)Itron、克羅格(Kroger)蘭、吉爾(Landis+Gyr) 、羅格朗、飛利浦、信心能源(Reliant Energy,Inc)、施耐德電氣(Schneider Electric)、藤蘿(Tendril)、德州儀器等都是國際ZigBee聯盟成員。

6標準
20124月,國際ZigBee聯盟推出了ZigBee Light Link,便意味著設定了共同標準,可有效地解決上述問題。通過全球主要照明設備製造商的共同開發,ZLL不僅定義了一種先進的燈控應用資訊傳遞協定,而且還納入一種簡單的配置機制,使消費者可以開箱即用,系統組態就像按一下按鈕一樣簡單。除了這些新特點外,ZigBee Light Link具有所有ZigBee網路的固有技術優勢,實現了基於IEEE802.15.4的低功率、低成本、健壯、安全的無線網路。

與家居自動化(ZigBee Home Automation)等其他ZigBee應用標準不同,ZigBee Light Link是專門針對照明應用設計的。得益於這種優化設計,ZLL產品可輕鬆實現顏色設置、調光級數和亮度設置、儲存情景模式和自動燈控,從而實現最大程度的便利及最高能效。

設計師可以針對不同的應用場合,自主決定賦予產品哪些功能。系統功能可以像開/關燈一樣簡單,也可以如功能齊全的家居照明方案一樣複雜。無論做出什麼選擇,產品都具有互通性。

這項新標準迅速得到了飛利浦、GE等各大國際照明廠商的推崇與支持,許多照明企業也都在積極的推進ZLL協議,在智慧照明領域的實現。


   
ZigBeeLightLink的總體特點:
·家庭領域的低成本無線燈控解決方案
·安裝簡單直觀、無需額外工具和專業知識
·系統易於擴展,產品具有互通性
·可靠、穩健的網路技術,且與其它ZigBee標準與設備相容
·主要照明設備製造商構建全球生態系統,為終端使用者創造價值
·遍佈全球的成熟產業鏈——低成本、高性能的SoC解決方案
·經認證的貨架軟體解決方案

7應用及前景
前景
隨著城市的規模在不斷擴大,尤其是各種交通工具的增長更迅速,從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出,而單靠擴大道路交通基礎設施,來緩和矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下,智慧公共運輸系統(Advanced Public Transportation SystemsAPTS)也就應運而生,並且成為各國研究的熱點。

在智慧公共運輸系統所涉及的各種技術中,無線通訊技術尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無線通訊技術,更是得到了越來越廣泛的關注和應用。市場上也出現了大量與ZigBee相關的各種產品,根據中國物聯網校企聯盟的統計分析表明:ZigBee雖然廣受推崇,但是在資料中,推出ZigBee相關產品的中小型企業在2012年的發展並不可觀。

其中,比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種:
(1)FreescaleMC1319X平臺;
(2)ChipconSoC解決方案CC2530;
(3)EmberEM250ZigBee系統晶片及EM260網路處理器;
(4)JennicJN5121晶片;
經過市場調研,發現FreescaleMC1319X平臺功耗低、價格低廉、硬體整合度高,方便二次開發,射頻通信系統的穩定性高。所以,在本文的設計中選用了MaxStream公司與ZigBee相容的以FreescaleMC1319x晶片組為核心的XBeeProRF模組。下面主要介紹XbeePro的特性、介面應用、操作模式,以及在智慧公共運輸系統無線網路中的應用。

在站牌處通常會有多輛公車同時到達,一個站牌對應多輛公車,適合使用星狀網佈線網路。但為了保證網路的可靠性,當公車站牌外的通道阻塞時,可以通過其它公車路由節點轉發到站牌,本設計採用網狀(Mesh)網模型。可將分佈在公交線路上的電子站牌配置為協調器,而將到達的公車配置為路由器。

當站牌上ZigBee網路協調器選擇一個通道和PANID並啟動時,便建立了一個ZigBee個人局網(PAN)。一旦協調器已啟動PAN,便可允許路由器和終端設備結點加入PAN。路由器加入PAN時,將收到一個16位的網路位址,並且能夠發送和接收來自PAN內其他設備的資料。PAN協調器的網路位址總是0。由於站牌上ZigBee模組的網路物理位元址是唯一的,可以通過物理位元址向站牌發送資訊。

(5)3.3V電源下,發送電流為215mA,接收電流為55mA
(6)在網路性能方面,具有DSS(直接序列擴頻)功能,可以組成對等網、點對點及點對多點網路,具有12個軟體可選的直接序列通道,每個通道有65000個可用網路位址。
XBeePro模組體積小,功耗低,介面簡單,容易使用,非常適用於低資料速率的短距離通信應用,尤其是無線傳感網路的設計應用。XBeePro模組還提供有免費X-CTU測試軟體以便能夠輕鬆測試和配置網路。該模組還可以通過下載該公司最新的固件(Firmware),使使用者在使用原有硬體模組的基礎上,獲得最新的功能,從而為設計提供了極大的靈活性。

2XBeePro模組的操作模式
XBeePro有空模式、接收模式、發送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式,如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應用程式介面(API)方式兩種操作方式。當工作在透明方式時,模組可起到替代串口線的作用,並以位元組為單位來處理各種資訊;當工作在API方式下,所有進出模組的資料均被包含在定義模組的操作和事件的幀結構中 

應用實例
ZigBee模組:
F8913D ZigBee模組是一種物聯網無線數據終端,利用ZigBee網路為使用者提供無線資料傳輸功能。

該產品採用高性能的工業級ZigBee方案,提供SMTDIP介面,可直接連接TTL周邊設備,實現資料透明傳輸功能;低功耗設計,最低功耗小於1uA;提供5I/O,可實現數位量輸入輸出、脈衝輸出;其中有3I/O還可實現模擬量採集、脈衝計數等功能。

                                                                                                                                                                                                                            

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