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安防知识|zigbee组网方式与平常射频芯片组网方式的有什么不同?
2017-01-15  浏览:23
安防之家讯: zigbee组网方式与平常射频芯片组网方式的有什么不同?区别可大了,先看zigbee组网,就是把zigbee芯片当普通的射频芯片用,其实象这样的方案根本不是zigbee的初衷,也根本体现不出zigbee的优势.使用zigbee的着眼点一是其超低功耗的实现,二是强大的组网能力。

为什么是zigbee?使用平常的射频模块,成本低,买一个现成的150M或300M的射频模块,才40元左右,如果自己有能力焊接,那就更便宜了,使用zigbee开发,单是一块芯片就是5个美元左右,还不包括其它的外围设备;使用现成的射频模块,开发方便,直接往TxD/RxD脚上一接,就可以使用了,如果使用zigbee芯片,光是协议栈就有40K代码,自己还要编写profile,开发周期长,风险大。在简单网络上,杀鸡何必用牛刀?
那我们为什么要用zigbee呢?这是因为:
zigbee可以实现多网络共存
zigbee可以实现超低功耗
zigbee可以实现高可靠性自组织网络
所以说,如果我们需要想使用zigbee而不是普通的射频,那么肯定是普通射频无法达到要求,才迫使我们选择zigbee。一旦我们选择zigbee,我们自然希望能够达到我们某一种目的,下面我分别来说如何做到这些。
使用zigbee实现多网络共存
举个简单的例子,我们在某个地方需要使用232传输数据或命令,一般方式我们使用232/485转换器来实现。但是如果工作地点不允许布线,那怎么办? 最简单的方案,通过无线方式走嘛。我们建立232->无线转换器然后再通过无线->232透明转换器来替代485就行了。
这时我们面临选择:使用什么样的232<->无线透明转换器。
首先,我们尝试着使用普通的射频模块。来看看它有什么优点与不足。
优点是无庸置疑的,低价。
当我们有一路数据数据收发时,没事,该系统工作的很好,虽然可能有时会收到电磁干扰,大部分数据收发是正确的。
可靠性呢?我们通过主机中的程序来实现吧,一般主机中的程序怎么实现呢?简单的和校验,基本上不会有问题。
这时候,甲方需要另一路数据传输,怎么办?再加一路,这时候呢?数据可靠性急剧下降了吧,原因很简单,在同一频段内,每个人发的数据,其它人都会收到,如果原有的设备对传输的数据做过一大堆的处理,那么还好,两套系统勉强能工作,如果原有的设备认为串口是可靠传输的,那么对不起,你的系统经常会莫明其妙地出故障了。这个透明转换器好象不那么透明吧。
所以,这时候你需要另一套设备来实现 232<->无线透明转换了。如果是我,我会选择232<->zigbee透明转换。
如果使用232<->zigbee透明转换器,那么我就这样操作:
在使用前,先将第一对232/zigbee转换器连接,设置成同一网络(怎么设置,看这里,用的是某个品牌的转换器,没有这种功能?那我可以很负责任地告诉你,那个转换器是伪zigbee的......)
放心地使用该232/zigbee转换器,可靠性?抗干扰性?全部由zigbee协议层来帮你解决。
当有第二对232/zigbee时,把它们设置成不同的网络号。
一切搞定!就这么简单。
作为一个用户,我才不想管什么网络号呢,行不?行!zigbee协议层就提供了自动的选择的功能了,但是你还是得做个动作(按个按钮),确定这两个转换器是一对,具体做法,看使用手册吧。
这下,你知道zigbee的好处了吧。其实这只是zigbee的一个附加的很小的功能特性罢了。其它的最闪亮的亮点在下面呢。
zigbee是如何实现低功耗的
zigbee设计的最初目标就是低功耗,要求能做到干电池的使用寿命在半年以上,现在最多的可以做到5-10年(算出了的,电池质量要求比较高,5年不烂的也不容易啊),zigbee协议提供了这种功能,但只是提供了这种能力而已,需要使用者实现该能力。下面还是以一个例子来说明:
看到一个粮库zigbee监控方案,其大意说是使用一个传感器与zigbee相连组成一个设备,我们称之为终端。把多个这样的终端放在粮库中的不同的地方。干什么呢?自然是监测温度、湿度、霉变等等情况啦。然后呢,外面放一台主机,主机过一段时间呢发数据召唤一下。大概情况就是如此。现在我们来看看,这个方案有什么问题:
我们应该知道,zigbee设备打开接收时的功耗与其在发送数据时一差不多,甚至更高。原因很简单,zigbee在的开接收器时需要不断分析收到的数据包是否正确。而那个方案之所以用无线就是为了实现低功耗,粮库的粮食堆里放上电线会有导致火灾的可能性,所以是禁止布线的。而如果终端的zigbee设备老是那么开着接收器的话,一个月可能就得换电池了,这还得使用一个很大的电池才行。
其实我们通过zigbee,确实可以实现很低的功耗,怎么实现呢,我们先从zigbee协议说起:
zigbee分为信标网络和非信标网络,而信标网络就是为低功耗实现的。信标网络的工作过程如下:
每隔一定的时间,主机(在zigbee中称为coordinator)发一个信标信息。
如果主机有要发给从机的信息,则主机在此信标中指定该从机地址
从机收到信标后,检查内部是否有要发给自己的数据,如果有,则发一个读命令给主机。
主机收到该命令后,把数据发给从机。
如果从机有数据要发给主机,则在收到信标信号后的后面的一段时间内发送。
由此可见,从机与主机交换数据只有在信标发送后的一小段时间里存在,这样在其它时间里,从机都可以工作在休眠状态,极大地降低了功耗。
在上述的方案中,我们粮库中的传感量都是缓慢变化的量,一般来说,一分钟传递一次数据即可。而传送所需要的时间呢?我们设每次需要传输100个字节的话,不足0.01秒,如果我们说每次读取传感器需要0.1秒的话,在99.9%的时间内, 终端节点都可以进入休眠状态,而为了提供更低的功耗,zigbee设备现在还有冬眠模式,在此模式下,消耗电流以nA计。因此就实现了低功耗。
现在说上面粮库的方案:其实很简单,使zigbee设备工作在信标网络,设置主机,使信标每1分钟发送一次;设置从机加入到该主机的网络中,它会自动每一分钟接收一次信标。设置在每次接收信标前0.2秒醒来(从冬眠到正常工作需要唤醒时间),醒来后读取传感器数据,然后发送(什么时候发送,失败后重发都由zigbee协议管理的),收到发送完成信息,继续冬眠。
在此种方案下,两节5号电池至少可以工作1年以上。这个设备有没有?有,看这里。
zigbee是如何实现高可靠性网络的
在无线抄表中,表的分布密度很高,范围比较广,至少覆盖一个小区形成一个分布式的网络,在此情况下,zigbee设备就可以大显身手了。
我们在每个单元里建立一个路由,毫无疑问,电表具有可靠的电源供电,作为zigbee的路由器是再合适不过了。这样,每一户抄表设备中,水表、气表作为zigbee终端设备,电表作为zigbee路由设备。然后设置信标时间,这样一个zigbee系统就构成了。


在此网络中,所有的气表、水表通过电表路由转发,最后到达信息存储转发设备上。如果此时路由R1出故障,无法收发数据了,由于zigbee网络具有路由自动发现的功能,因此,最后的网络情况可能如下所示:


形成新的网络拓扑是完全自动的过程,在此新的网络中,红线部分是新的路由路径。由此可见除了出故障的设备R1之外,其余所有的设备数据都正常传输。这才是zigbee组网的强大功能所在。
要使用什么样的产品
如上所述,使用zigbee设备实现组网有着强大的功能,但是要想实现此功能,需要对zigbee协议栈有着比较深的理解,软件开发难度比较高,为了简化应用级开发,唯康公司提供了使用AT指令控制的zigbee模块-ZEM。使用此ZEM用户无需了解任何有关zigbee协议的部分,即可轻松开发zigbee设备,组建强大的zigbee网络。
zigbee组网方式与平常射频芯片组网方式的有什么不同?通过上面的分析,相信大家对于这个问题已经有了一定的了解了吧。

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