ZigBee無線通信技術及其應用前景初探

摘 要：ZigBee無線通信技術作為一種新型的近距離無線傳感技術，其不僅在很多領域中發揮著重要的作用，同時也具有著非常良好的應用前景，本文對ZigBee無線通信技術的定義、特點與應用現狀進行了簡單介紹，并對其應用前景進行了探討。

關鍵詞：ZigBee無線通信技術；無線網絡；應用前景

引言：網絡技術與傳感器技術的發展與推廣使得ZigBee無線通信技術迎來了非常良好的發展契機，無論是現階段的應用還是未來的應用，ZigBee技術與其他技術相比都有著很強的競爭力。

一、ZigBee無線通信技術概述

（一）ZigBee無線通信技術的定義

對于ZigBee無線通信技術的定義還要從ZigBee這一單詞說起，ZigBee一詞最早源于蜜蜂的zigzag舞蹈，每當有蜜蜂發現花粉時，都會通過這種特殊的舞蹈通知同伴，實現信息的交流。而當部署無線傳感器網絡的新技術在現代社會出現后，由于其具有著低功耗、低成本、低復雜度、低速率等多方面的特點，因此ZigBee也就成為了近程無線網絡通信技術的稱呼。當然，我們也可以將這種技術看做是一種專門的通信協議標準。

（二）ZigBee無線通信技術的特點

ZigBee技術作為無線通信技術中的一種，通常會與藍牙（BLE低功耗藍牙）、WiFi、RF射頻識別等及其他技術一起出現，同時相比于其他技術，ZigBee技術在技術特點上也存在著非常多的區別與優勢。第一，ZigBee技術雖然同樣屬于短距離的無線通信技術，通訊覆蓋范圍一般在10-100米之間，但最大范圍卻能夠達到3千米左右，因此相比WiFi、藍牙等通信距離更長。第二，ZigBee技術具有著較快的響應速度，在睡眠狀態下僅需15毫秒即可進入到工作狀態，而從節點連接進入網絡也僅需30毫秒左右，相比藍牙等其他技術的延遲延遲更低。第三，低延遲同時也意味著較低的電能消耗，ZigBee技術在功耗方面同樣具有著優勢，一般情況下，單節點僅依靠兩節五號電池即可維持長達半年以上的待機狀態，這是藍牙、WiFi等所無法比擬的。第四，ZigBee技術的協議專利是免費的，在應用時無需支付專利費，再加上通訊控制器要求較低、協議簡化等因素的影響，最終造就了ZigBee技術的低成本優勢。第五，ZigBee技術在主節點管理子節點的節點結構使得其節點數量最多可達65000個，而藍牙與WiFi則均不足50個，因此ZigBee技術的容量遠超其他技術。第六，ZigBee技術在通用安全級別中存在信任中心鑰匙與數據傳輸時的網絡鑰匙兩種鑰匙，同時還采用了AES128加密算法，目前尚沒有暴力破解的先例，因此其安全性是非常高的。當然，ZigBee技術安全性極高的另一重要原因是其傳輸速度較低，每秒僅為10-250kb，即便想要能夠暴力破解在時間上也是不允許的，而這也是其的一大缺陷。

（三）ZigBee無線通信技術的應用

ZigBee技術在成本、安全性等方面的技術特點優勢使得其在現實生活中具有著非常廣的應用范圍，同時在應用時間上也比較早，因此，目前ZigBee技術的實際應用已經比較廣泛，如智能家居、工業控制、智能農業等領域都對ZigBee技術有著比較有效的應用[1]。其中ZigBee技術最早的應用是在工業或企業市場領域，主要是用于建立感應式網絡，為工業生產或企業提供火警報警裝置控制、照明系統控制、生產流程控制等一系列功能，而隨著這一技術的不斷推廣，交通、農業、家庭等領域對ZigBee技術的應用也逐漸普及開來。例如在智能家居方面，從最普遍的照明系統開關控制、門禁控制，到兒童玩具、遙控器、燈光調節以及各類家電產品，ZigBee技術在其中都發揮著十分關鍵的作用，甚至連三星、LG、德州儀器、羅技、飛利浦、小米等知名企業也都在各自的電子產品中采用了ZigBee技術。而在交通領域，ZigBee技術不僅能夠通過分布式系統實現比GPS覆蓋更為全面、精細的交通導航，同時還具有著公交追蹤、道路交通信息實時匯報等功能，這些都給人們的出行帶來了極大的便利。

二、ZigBee無線通信技術的應用前景

（一）醫學領域的應用前景

ZigBee技術作為近距離的無線通信手段，未來其在醫學領域中的應用主要會集中在醫療監護方面。通過對ZigBee技術的應用，醫院可以在病房搭建起ZigBee網絡，并借助傳感器實現對病人身體狀況的全天候、全方位、實施觀測，準確記錄下血壓、體溫、心跳頻率等病人的基本信息，并通過網絡傳輸至醫院建立的信息系統上，這樣不僅可以通過信息監測來代替醫生查房，減少醫生的工作量，同時也能夠保證病人信息的準確性，避免出現信息判斷的失誤，降低醫療事故的發生幾率。此外，借助智能化的軟件控制，ZigBee網絡下的病人信息檢測還能夠對異常信息及時給出通知，使醫生能夠針對具體問題快速做出反應，這對于重癥患者的監護與治療工作有著很大的幫助[2]。

（二）農業領域的應用前景

ZigBee無線通信技術的近距離通信功能在農業生產中同樣可以發揮出重要作用。ZigBee技術的組網節點個數較多，因此可以通過大量的傳感器布置來構組建出較為復雜的ZigBee網絡，并借助網絡信息技術以及系統軟件實現對農作物生長狀況的全天候實時監測，從而取代傳統農業生產模式下對農作物生長的人工監測，使農民能夠對農作物生長進行更及時、更準確的了解。同時，以耕地為覆蓋范圍的ZigBee網絡還可以通過傳感器對溫度、空氣濕度、降水乃至土壤情況等信息進行采集、傳遞，為農民的生產決策提供更加精確的數據信息參考，從而進行更加科學的農業生產。

（三）汽車領域的應用前景

ZigBee技術在汽車領域的應用對于交通安全能夠提供非常大的幫助。從汽車導致的交通事故來看，除駕駛原因外，很多事故都是由于汽車發生故障造成的，而通過在汽車內部組建ZigBee網絡并安裝傳感器，則能夠對汽車的發動機運行狀況、輪胎壓力等進行檢測，并針對異常狀況做出及時匯報，使車主能夠及時發現故障。同時其強大的適應性與超長的待機時間也提高了這一應用的可行性與實用性。

（四）工業領域的應用前景

在工業領域中，ZigBee技術除了能夠提供最初的公共設施與能源管理工作，在未來還有望在機床控制、機器設備檢測與維修、危險化學成分分析等多個方面得到應用。這些工業生產工作本身不需要太過龐大的數據信息，ZigBee技術在傳輸速度方面的不足基本不會產生太大影響，而其成本低、容量大、功耗低、節點數量多等方面的特點卻能夠發揮出巨大的作用。例如在成本方面，ZigBee技術低廉的應用成本與維護成本相比與WiFi、藍牙等技術在重視經濟效益的工業生產中顯然更具優勢，而更多的節點數量則意味著能夠實現更多的傳感器布置，從而使數據信息更加詳細、全面。在ZigBee網絡下，工業生產中的各項信息數據都能夠實現有效的采集、處理、分析與傳輸，進而為生產決策提供輔助作用[3]。

（五）軍事領域的應用前景

ZigBee技術在軍事領域中的應用設想早在21世紀初就已經被提出，通過ZigBee網絡組建與傳感器的設置，ZigBee技術不僅能夠讓單兵作戰系統實現數據分析處理轉換、網絡控制、衛星通訊設備治理等功能，同時還能夠在戰爭中承擔戰場偵測、目標定位、友軍彈藥設備與軍力監測、戰斗損失評估等工作，對軍事信息化的建設能夠提供非常大的幫助。

結束語：總而言之，ZigBee技術在成本、功耗等方面的特點使其具有著WiFi、藍牙等其他短距離無線通信技術所難以企及的優勢與應用價值，而隨著科技的不斷進步，ZigBee技術在未來必將得到更加廣泛的應用，并取得更好的應用效果。

參考文獻：

[1]呂藝.ZigBee無線通信技術與應用前景淺析[J].數字技術與應用，2016（04）：29.

[2]李海濱.淺談無線通信技術的應用前景[J].中國傳媒科技，2012（04）：122-123.

[3]羅天雨.ZigBee無線技術市場前景廣闊[J].機電一體化，2015（04）：75.

作者簡介：

徐晨凱（1995.11.01）；性別：男，籍貫：吉林省四平人，學歷：本科，在讀于吉林大學；