Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

楊 靜

(桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧 530000)

0 引言

如今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如此發(fā)達(dá)，也相應(yīng)地帶動了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛地應(yīng)用在日常生活中， Zigbee技術(shù)作為其中一項(xiàng)典型的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有著低成本、低復(fù)雜度、低耗率等優(yōu)點(diǎn)，更加受到青睞。而Zigbee技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，有著非常良好的發(fā)展前景。文章主要分析了Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，著重研究其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用策略。以期為Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供有價(jià)值的意見和幫助。

1 Zigbee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 低功耗

與其他無線通信技術(shù)相比，Zigbee技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)便是低功耗。同樣的電量情況下，它可以比藍(lán)牙，WiFi等工作更長的時(shí)間。例如在低耗電的模式下，兩節(jié)五號干電池可以支持其一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月的時(shí)間，甚至可以支持其工作更長的時(shí)間。如此低的功耗，可以以同樣的電力工作更長的時(shí)間，自然會被廣泛應(yīng)用于各種適合的場合之中。

1.2 低成本

正如前文提到的，在同樣的電力情況下，其損耗更小，可以工作更長的時(shí)間。低功耗的特點(diǎn)也相應(yīng)地顯示了其低成本的優(yōu)勢。一方面更小的損耗，可以更多地節(jié)約成本。另外一方面，還可以通過大幅度簡化協(xié)議來降低成本。Zigbee技術(shù)的成本僅僅只有藍(lán)牙的十分之一。此外，Zigbee協(xié)議的專利也是免費(fèi)的。總的來說，相比于藍(lán)牙、WiFi等，Zigbee技術(shù)的成本是相當(dāng)?shù)偷摹５统杀臼瞧渥畲蟮膬?yōu)勢之一。

1.3 短延時(shí)

同時(shí)，Zigbee技術(shù)在減少延遲方面也是相當(dāng)優(yōu)秀的。它的響應(yīng)速度較快，只需要15 ms的時(shí)間，Zigbee技術(shù)便可以從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。如此快速的響應(yīng)速度極大地減少了等待時(shí)間。在節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)上面也是非?？斓?，一般只需要30 ms的時(shí)間便可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。而WiFi需要3 s左右的時(shí)間，藍(lán)牙更是需要3～10 s。通過生活經(jīng)驗(yàn)，便可以理解到短延時(shí)的重要性[1]。在連接WiFi或者藍(lán)牙的時(shí)候，很多情況下都是非常慢的，等待是一項(xiàng)非常不愉快的體驗(yàn)。而Zigbee技術(shù)可以很好地解決等待的問題，短延時(shí)是其非常重要的優(yōu)點(diǎn)。

1.4 高容量

Zigbee技術(shù)可以通過各種形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)更大容量的數(shù)據(jù)存儲，因而可以傳輸更多的數(shù)據(jù)信息。其網(wǎng)絡(luò)形狀包括星狀、片狀和網(wǎng)狀。另外，其一個(gè)主節(jié)點(diǎn)還可以管理若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳輸。高容量也是Zigbee技術(shù)的一大特點(diǎn)。

1.5 高安全

Zigbee技術(shù)也是一項(xiàng)十分安全可靠的通信技術(shù)，其有著極高的安全指數(shù)。它包括安全設(shè)定、防止獲取非法數(shù)據(jù)以及高級加密密碼這3級安全模式。3級安全模式很好的對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)與加密，有效地防止數(shù)據(jù)泄漏，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2 Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的工作原理

2.1 Zigbee技術(shù)以獨(dú)立的工作節(jié)點(diǎn)為依托

在連接各個(gè)無線傳感器形成網(wǎng)絡(luò)的過程中，Zigbee技術(shù)是以獨(dú)立的、不同的工作節(jié)點(diǎn)來作為依托的，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組成。在實(shí)際的工作中，可以根據(jù)不同的情況來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)模式。而為了更大的容量，實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)的傳輸，Zigbee技術(shù)包括星狀、樹狀以及網(wǎng)狀3種網(wǎng)絡(luò)模式。實(shí)際應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

2.2 Zigbee技術(shù)的主要技術(shù)基礎(chǔ)是IEEE802.15.4

標(biāo)準(zhǔn)的Zigbee技術(shù)的主要技術(shù)基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒介接入控制層。IEEE802.15.4可以通過載波監(jiān)聽的方式來減少在數(shù)據(jù)傳輸過程中的沖突。其可以在沒有數(shù)據(jù)進(jìn)入的時(shí)候自動保持休眠的狀態(tài)，當(dāng)感受到數(shù)據(jù)的時(shí)候便立即進(jìn)入工作狀態(tài)。另外，Zigbee技術(shù)在信息的接收上面采用分層的模式，每一個(gè)分層只需要完成本層級上面的任務(wù)，且上傳上一個(gè)層級需要的服務(wù)內(nèi)容[2]。依靠一定的技術(shù)支持的同時(shí)，分工明確，可以很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸，從而有效地實(shí)現(xiàn)無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)形成。

2.3 Zigbee技術(shù)作為設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

如前文所提到的，Zigbee技術(shù)具有低速率、低成本、高容量等優(yōu)點(diǎn)，其被主要應(yīng)用于短距離的無線連接。可以依據(jù)805.15.4的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)在數(shù)千個(gè)微小的傳感器直接相互協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)傳感器直接的相互通信。正是由于Zigbee技術(shù)的存在，這些傳感器只需要很小的能量，便可以通過接力的形式把數(shù)據(jù)信息從一個(gè)傳感器傳達(dá)到另一個(gè)傳感器。如此高的通信效率促進(jìn)了無線傳感器直接的信息流通，從而形成組織網(wǎng)絡(luò)。

3 Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景

3.1 低成本低損耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種獨(dú)立出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)，其基本組成單位是無線傳感器節(jié)點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，低消耗無線通信技術(shù)也在不斷地發(fā)展。Zigbee技術(shù)作為剛發(fā)展起來的低損耗的無線通信技術(shù)，它的出現(xiàn)也使得低成本低損耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用變得可能。通過Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量的高效的數(shù)據(jù)傳輸，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加高效并不斷走向高速率。

3.2 不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展

任何技術(shù)不可能一誕生就是完美的，而是在不斷創(chuàng)新中發(fā)展起來的，Zigbee技術(shù)也是一樣。盡管其有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是其仍然需要不斷進(jìn)步，不斷發(fā)展。Zigbee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也是一樣，需要不斷地完善與創(chuàng)新，兩者才能實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)合，創(chuàng)造更大的價(jià)值。一方面，作為通信技術(shù)的Zigbee需要不斷創(chuàng)新發(fā)展，這樣才能更好地賦能于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[3]。另一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也要不斷發(fā)展，只有其自身的環(huán)境更好了，才能更加有利于技術(shù)的加持。Zigbee作為一種新興通信技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種獨(dú)立存在的網(wǎng)絡(luò)，二者不斷發(fā)展，通過有機(jī)結(jié)合從而更好地做好數(shù)據(jù)傳輸工作，創(chuàng)造更大的價(jià)值。

3.3 前景光明

Zigbee技術(shù)是一項(xiàng)安全可靠的通信技術(shù)，其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中有著光明的前景。二者的有機(jī)結(jié)合，有著十分誘人的光明前景。不論是在軍事、防空、應(yīng)急等領(lǐng)域的應(yīng)用，還是在家用、交通及管理等方面的應(yīng)用，都有著極大的潛力?？偟膩碚f，Zigbee在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景還是非?？捎^的。但是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)剛剛興起，其技術(shù)和應(yīng)用都還不夠成熟，想要達(dá)到期望的目標(biāo)仍然有很長的一段路要走。因此，在憧憬光明的前景的同時(shí)，也不要忘記腳踏實(shí)地地做好技術(shù)、完善技術(shù)、發(fā)展技術(shù)。

4 結(jié)語

總的來說，盡管Zigbee是個(gè)新興事物，但是其低功耗、低成本、短延時(shí)、高容量、高安全等優(yōu)勢已足以對其充滿期待。其與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合更是有著良好的發(fā)展前景。其在應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，可靠的技術(shù)支持，有序的工作機(jī)制以及獨(dú)立的工作節(jié)點(diǎn)的依托，都促進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高效發(fā)展。當(dāng)然，也不能掉以輕心，在保持樂觀的同時(shí)也要積極探索，不斷完善和精進(jìn)技術(shù)。不論是Zigbee技術(shù)還是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，這樣才能實(shí)現(xiàn)二者更加完美的結(jié)合，才能創(chuàng)造一個(gè)更加高效，安全的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。