各种无线通信应用.pdf

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1、Contents hidehide 1 身边的典型应用身边的典型应用2 手机电话网手机电话网3 红外红外4 IrDA5 RFID6 zigbee7 Wi-Fi8 蓝牙蓝牙9 ISM频段频段10 对讲机所使用频率对讲机所使用频率11 频谱汇总频谱汇总12 天线及其匹配天线及其匹配13 dB dBm14 频谱分析仪频谱分析仪15 跳频跳频16 FSK应用笔记|互联网-电子-软件应用笔记|互联网-电子-软件 web siteSite MapHome 电子应用 应用和方案 各种无线应用、无线通讯各种无线应用、无线通讯各种无线应用、无线通讯各种无线应用、无线通讯清宇xyz9981 发表于 2009-07

2、-18 12:57|阅读无线应用很多频率不同无线涉及发射和接收、调制和解调的问题有远距离的应用，有短距离的应用身边的典型应用身边的典型应用电视 收音机 广播GSM CDMA 手机网络蓝牙 主要用于电缆替代品无线路由器射频卡红外 人体检测等遥控器zigebee 主要用于检测和控制系统 ZigBee专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。手机电话网手机电话网我国无线电管理委员会分配给蜂窝移动通信的频率系统或使用部门 上行频率/MHz 下行频率/MHz中国联通CDMA 825-835 870-880中国移动GSM900 890-909 935-954中国联通GSM900 909

3、-915 954-960中国移动DCS1800 1710-1720 1805-1815首页互联网平台产品与市场未分类电子应用电脑及软件暗室专用天线-英联科技微波暗室,电波暗室,EMC暗室专用天线 宽带喇叭天线,双极化天线,对数天线各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第1页 共17页2010-10-11 22:22中国联通DCS1800 1745-1755 1840-1850GSM数字蜂窝移动通信系统采用900MHz频段890MHz915MHz移动台发、基站接收；

4、935MHz960MHz基站发、移动台接收随着业务发展，可用频段向1.8GHz频段DCS1800过渡1710MHz1785MHz移动台发射、基站接收；1805MHz1880MHz基站发、移动台接收GPRS(General Packet Radio Ser ice)通用分组无线业务，是第二代移动通信向第三代过渡的技术，被成为2.5代技术GPRS手机的计费是根据用户传输数据量而不是上网时间计算的GPRS是对GSM网络的补充和升级，它不会取代目前GSM网络支持的电路交换数据和SMS等数据业务CDMA技术的原理是基于扩展频谱通信技术由多个码分信道共享载频频道的多址连接方式在移动通信、个人通信和宽带无线

5、接入领域，码分多址是最有竞争力的多址连接技术第三代移动通信3G人类对通信的最高理想是具有完全个人化的、满足全球连续覆盖的、能够提供高质量的宽带综合业务的“个人通信”应做到无论任何人whoever在任何时候whenever和任何地点wherever都能以任何方式whatever联系另外任何人whomever目前有三种候选方案：第一，由ARIB在日本建立的CDMA方案与欧洲ETSI的CDMA方案融合而成的宽带CDMA/UTRA TDD(或称WCDMA)代表厂商有爱立信、诺基亚等第二，由美国为响应ITU无线传输技术方案征集活动而专门成立的无线传输技术评估组TIATR45.5提出的CDMA2000代表

6、厂商有高通公司、摩托罗拉、北方电讯、朗讯和三星电子第三，由中国电信科学技术研究所CATT提出、由CATT的TD-SCDMA与西门子公司的TD-CDMA的合并的TD-SCDMA代表厂商为CATT和西门子职能天线技术Amart Antenna，主要完成空间滤波和定位能根据信号的来波方向，自适应地调整其方向图、跟踪强信号、减少或抵消干扰信号、提高信干比，增加移动通信系统容量、提高移动通信系统频谱利用率、降低信号发射功率、提高通信的覆盖范围等软件无线电 把硬件作为无线通信的基本平台，尽可能把无线通信功能用软件实现WAP是移动网上互联网的一系列规范的组合，用以解决HTTP、TSLP不适合窄带、较长时延的

7、无线环境和小屏幕显示、低存储容量、低处理能力的移动终端的操作问题，是优化的互联网设计第三代移动通信进入实质性开发和商用阶段，与此同时，第三代以后beyond 3G的移动通信技术的研究也进入新的阶段，第四代红外红外红外线红外线夜间望远镜红外线温度检测器红外线眼镜 看红外线报警器 有人人体的温度范围 所辐射出的电磁波主要在红外线的范围 红外通讯在实际应用中存在一些缺点：通讯距离小于10米、具有方向限制、通讯速率低、易受太阳光、日光等光线干扰影响通讯必须保证传输信息的两个设备正对，且中间不能有障碍物没有成为被广泛接受的工业标准、设备种类不多几乎无法控制信息传输的进度红外线器件红外线协议红外线接收电路

8、 光敏二极管发射 红外光电二级管红外光的特性：单色性好，抗干扰，比较适合高精度的测量以红外线为原理的自动门探测器的一切弊病（例如红外在高温的情况下检测存在误动作等）对射式光电开关发射器被检测物体接收器发射器发出的光线直接进入接收器。当物体或障碍物遮挡住之间的光线时，接收机信号发生变化，光电开关就产生各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第2页 共17页2010-10-11 22:22了开关信号。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。红外发射管 红

9、外接收管/头反射式光电开关其实是一体化的红外发射、接收器当红外线反射型传感器接通电源后，即从模块内部的红外线反射管向前方发射38KHZ的调制红外线，一旦有物体或人体进入有效范围内时，红外线就会有一部分被反射回来，被与发射管同排安装的光敏接收管收到并转换成同频率的电信号后，由模块内部电路进行放大，解调，整形，比较处理后，在输出端给出高电平信号应用：感应小便冲洗器 干手机等红外反射传感器被动式本身不发出任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。有红外线变化超过设定值就报警。发射体：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右

10、的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。探头：1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电

11、效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。IrDAIrDAIrDA（红外线数据协会）这个协会1993年才成立，它的最大功劳，我们现在到处都用上了，笔记本电脑、手机、键盘、电视机等等，很多都配备了红外线接口，使得一直以来杂乱的红外线技术得到了统一。目前的红外线技术，传输标准已经从原先的4Mbps提高到了16Mbps，接收角度也从以前较窄的30度扩到

12、了120度。(Infrared Data Association)是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。其传输具备小角度(30度锥角以内)，短距离，直线数据传输，保密性强，传输速率较高的特点，适于传输大容量的文件和多媒体数据。并且无需申请频率的使用权，成本低廉。IrDA已被全球范围内的众多厂商采用，目前主流的软硬件平台均提供对它的支持。IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而只适用于2台(非多台)设备之间的连接RFIDRFID 短距离低频射频卡主要有125

13、kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频 射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。短程的无线射频(Radio Frequency Identification：RFID)与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。在国外，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。最基本的RFID系统由三部分组成：1.标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。2.

14、阅读器Reader：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。3.天线：在标签和读取器间传递射频信号。阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送 天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处 理；主系统各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第3页 共17页2010

15、-10-11 22:22根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。1.按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源卡内无电 池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。2.按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频 射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5

16、.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监 管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较 高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。3.按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器 的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写 器的能量必须来去穿过障碍物两次

17、。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达 30米)。4.按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米，甚至更远)。5.按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。zigbeezigbee低成本低功耗低速率短距离Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术zigbee收发器，比如mc1321ZigBee联盟成立

18、于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱、美国摩托罗拉以及荷兰飞利浦等四大公司加盟ZigBee，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。目前联盟的成员涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。从2004年底标准确立，到2005年底，相关芯片及终端设备总共卖出了1500亿美元。观察家们预计，到2008年，ZigBee的节点数量将从目前不到1百万个骤增至1亿个。Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术名称。这一名称来源与蜜蜂的八字舞。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。Zigbee自身的技术

19、优势：低功耗。在低耗电待机模式下,2 节5 号干电池可支持1个节点工作624个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。低速率。Zigbee工作在20250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应

20、用需求。近距离。传输范围一般介于10100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到13 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。短时延。Zigbee 的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms,节点连接进入网络只需30 ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要310 s、WiFi 需要3 s。高容量。Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254 个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。高安全。Zigbee 提供了三级安全模式,包括无安全设

21、定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。Zigbee 的应用前景Zigbee 并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。Zigbee 联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50 个Zigbee 器件，最后将达到每个家庭150 个。据估计，到2007 年，Zigbee 市场价值将达到数亿美元。其应用领域主要包括：

22、家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第4页 共17页2010-10-11 22:22工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；商业：智慧型标签等；公共场所：烟雾探测器等；农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。ZigBee技术概况何为ZigbeeZigbee的基础是IEEE 802.15.4，这是IEEE无线个人

23、区域网（Personal Area Network，PAN）工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4（Zigbee）技术标准。Zigbee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。Zigbee联

24、盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“Zigbee 联盟”，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有150家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Matte

25、l之类的玩具公司。所有这些公司都参加了负责开发Zigbee物理和媒体控制层技术标准的IEEE 802.15.4工作组。超越蓝牙的简单实用1999年，蓝牙热潮席卷全球，然而发展数年，一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。低功耗、低成本的无线网络要求令Zigbee应运而生，大幅简化蓝牙的复杂规格，专注于低传输应用。不过相关规格已与现有的蓝牙脱钩。于是有媒体甚至预言：Zigbee和UWB（Ultra-WideBand超宽频道）切入市场可能使蓝牙尚未普及即成历史。这种论调显然言过其实，因为Zigbee不支持语音，但Zigbee的低价格、低功耗和可靠支持成为其闪亮登

26、场的亮点，使得它超越蓝牙的简单实用成为事实。Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分：*数据传输速率低：只有10k字节/秒到250k字节/秒，专注于低传输应用；*功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势；*成本低：因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且Zigbee 协议免收专利费。*网络容量大：每个Zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接；*时延短：通常时延都在15毫秒至30毫秒之间；*安全：Zigb

27、ee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性；*有效范围小：有效覆盖范围1075米之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境；*工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段。随着研究的进一步深入，传感器将变得更小，而且功能会越来越多。最终，他们可能会微缩到尘埃大小。届时，数以千计的微小传感器或者称为“智能尘埃”将被释放到大气中来检测任何东西。广阔应用，一切无线Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。其典型

28、的传输数据类型有周期性数据（如传感器数据）、间歇性数据（如照明控制）和重复性低反应时间数据（如鼠标）。根据Zigbee联盟目前的设想，Zigbee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。政府的计划给了Zigbee更多的空间，显示了对其无比的信心。据报道，美国能源部已经决定雇佣HoneywellInternational Inc.公司，希望通过使用Zigbee传感器能够在钢

29、铁、铝以及其他六个行业中将这些能源的成本降低各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第5页 共17页2010-10-11 22:2215。通过安装在Alcoa，Dow Chemical，以及ExxonMobil等公司管道系统中传感器，实时追踪监测产品生产过程中的气体使用情况。Honeywell公司的自动控制部门的副总裁、技术总监Dan Sheflin表示：“能够实时获取这些数据是一件非常重要的事情。”利用这种无线技术及时采取措施来减少泄漏或者消除浪费，每年可节约的能

30、量超过华盛顿州去年一年所使用的天然气产生的能量总和。至此，Zigbee的应用前景已经远远超过了本文初始的有限描述。Zigbee联盟中的先行者英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉以及荷兰飞利浦半导体公司以及三星、Millennial Net和Ember公司的总裁面对2007年35亿美元的预计营业收入恐怕已经难忍笑意。更重要的是，预测未来6到7年内，家庭用户将占有Zigbee2/3的市场。在可以预期的将来，Zigbee无线传感将切实改变你我的生活。Zigbee协议套件完整的Zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由Zigbee联盟制

31、定，IEEE负责物理层和链路层标准。应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到Zigbee网络上，具体而言包括：*安全与鉴权；*多个业务数据流的会聚；*设备发现；*业务发现。网络层将主要考虑采用基于ad hoc技术的网络协议，应包含以下功能：*通用的网络层功能：拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，包含了寻址、路由和安全；*同IEEE802.15.4标准一样，非常省电；*有自组织、自维护功能，以最大程度减少消费者的开支和维护成本。IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）和MAC（Media Access Control，媒介接入控制）两

32、个子层。LLC子层在IEEE802.6标准中定义，为802标准系列共用；而MAC子层协议则依赖于各自的物理层。IEEE802.15.4的MAC层能支持多种LLC标准，通过SSCS（Service-Specific Convergence Sublayer，业务相关的会聚子层）协议承载IEEE802.2类型一的LLC标准，同时也允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4 的MAC层的服务。LLC子层的主要功能包括：*传输可靠性保障和控制；*数据包的分段与重组；*数据包的顺序传输。IEEE802.15.4的MAC协议包括以下功能：*设备间无线链路的建立、维护和结束；*确认模式的帧传送与接收

33、；*信道接入控制；*帧校验；*预留时隙管理；*广播信息管理。IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两个物理层都基于DSSS（DirectSequence Spread Spectrum，直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于Zigbee设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kb/s的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz是欧

34、洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段，这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s，916MHz是40kb/s。由于这两个频段上无线信号传播损耗较小，因此可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。相对于常见的无线通信标准，Zigbee协议套件紧凑而简单，其具体实现的要求很低，以下是Zigbee协议套件的需求估计：*8位处理器，如80c51；*全协议套件软件需要32kbytes的ROM；*最小协议套件软件大约4kbytes的ROM；*网络主节点需要更多的RAM，以容纳网络内所有节点

35、的设备信息、数据包转发表、设备关联表、与安全有关的密钥存储等。Zigbee 的应用实例Zigbee 技术将主要嵌入在消费性电子设备、家庭和建筑物自动化设备、工业控制装置、电脑外设、医用传感各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第6页 共17页2010-10-11 22:22器、玩具和游戏机等设备中，支持小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域中。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用 Zigbee 技术做无线传输：.设备成本很低，传输的数据量很小；.设备体积

36、很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；.没有充足的电力支持，只能使用一次性电池；.频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难；.需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监测或控制。Zigbee 联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。在工业领域，利用传感器和 Zigbee 网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。例如危险化学成分的检测，火警的早期检测和预报，高速旋转机器的检测和维护。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新，重点在低功耗，从而最大程度地延长电池的寿命，减

37、少 Zigbee 网络的维护成本。在汽车上，主要是传递信息的通用传感器。由于很多传感器只能内置在飞转的车轮或者发动机中，比如轮胎压力监测系统，这就要求内置的无线通信设备使用的电池有较长的寿命（大于或等于轮胎本身的寿命），同时应该克服嘈杂的环境和金属结构对电磁波的屏蔽效应。在精确农业，或者叫精确耕种的应用中，无线电传播特性良好，但是需要成千上万的传感器构成比较复杂的控制网络。传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械设备，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了传感器和 Zigbee 网络以后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种

38、。传感器可能收集包括土壤湿度、氮浓度、pH 值、降水量、温度、空气湿度和气压等信息。这些信息和采集信息的地理位置经由 Zigbee 网络传送到中央控制设备供农民决策和参考，这样农民能够及早而且准确地发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量。医学领域，将借助于各种传感器和 Zigbee 网络，准确而且实时地监测每个病人的血压、体温和心跳速度等信息，从而减少医生查房的工作负担，有助于医生做出快速的反应，特别是对重病和病危患者的监护和治疗。消费和家用自动化市场是 Zigbee 技术最有潜力的市场。据估测，每个家庭需要 100 到 150 个 Zigbee 设备。可以联网的家用设备包括电视、录像机、

39、PC 外设、儿童玩具、游戏机、门禁系统、窗户和窗帘、照明设备、空调系统和其他家用电器等。家用设备引入 Zigbee 技术后，将大大改善人们居住环境和舒适度，特别适合于儿童、老年人和残疾人士使用。同时基于 Zigbee 技术的遥控器可以实现全球漫游和无缝使用，从而在一定程度上降低这些设备的生产和使用成本。根据业务流的特征，Zigbee 的应用可以划分成边疆性业务、周期性业务和间断性业各三种。连续性业务定义为要求低时延数据传输的业务，键盘、鼠标和游戏杆属于这种类型。周期性业务是在固定的时间间隔传输数据的低速率业务，传感器、流速计和警报系统是周期性业务的代表。而间歇性业务则以不规则的时间间隔传输数据

40、，室内照明设施的开关和家用电器遥控器属于这种类型。Zigbee 技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着正式版本协议的即将公布，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现、互联互通测试和市场推广等方面。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置式 Zigbee 功能的设备进入我们的生活，并将极大地改善我们的生活方式和体验。Zigbee 技术新兴的无线个人局域网络技术正逐渐朝商品化的阶段迈进，在IEEE 802.15的标准中，除了纳入蓝芽（IEEE802.15.1）之外，同时也发展高速传输的UltraWideBand（IEE

41、E 802.15.3a）与低耗电的ZigBee（IEEE802.15.4），究竟这两种新的WPAN技术有何特色？其对无线个人局域网络市场的影响为何？本文将为您作进一步的分析。便宜又省电的低速WPAN标准ZigbeeZigbee就如同PURLnet、RF-Lite、Firefly、HomeRF Lite等过去的短距离无线通讯技术一样，强调低成本、低耗电、双向传输、感应网络功能等特色，只不过Zigbee是朝着开放标准的方向发展。Zigbee一开始是由Honywell所发起，目前主要的成员包括Invensys、Mistubishi Electric、Motorola、Philips Semicond

42、uctor、Samsung等公司为推广厂商，以及数十家的IC设计制造与系统厂商。除此之外，IEEE也将Zigbee收纳为IEEE 802.15.4的标准，与Zigbee Alliance共同为此一WPAN标准催生。规格与标准制定ZigBee的接取方式是采直序展频（Direct Sequence Spread Spectrum）技术，可使用的频段有三个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段，以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、10、1个ZigBee运作频段示意图ZigBee的传输速率介于20kbps250kbps之间，并随着传输距离的延长而减慢，例如发

43、射功率在1mW的ZigBee产品在10公尺的距离内可达250kbps的传输速率，但若是将传输距离拉长至20公尺，则速度只剩30kbps。不过借着提高发射功率，还是可以在100公尺的传输距离内，达到每秒250kbps的传输速率。此外，由于ZigBee具备高链接数与低耗电的特性，在感应式网络（Sensor Network）上的使用，就具有相当大的优势，例如在工厂内的作业温度量测、水电瓦斯计度的记录、保全防护的监控上，厂商就不需经常更换电池或布建供电网络，且只需极少的人力与设备，即可取得所需的信息。ZigBee Alliance基本规格频段：全球的2.4GHz ISM频段、欧洲的868MHz频段，以

44、及美国的915MHz频段链接数：支持主从式或点对点方式运作，同时最多可255个装置链接（Master1，client nodes254）接取方式：直列展频技术DSSS网络架构：星形各种无线应用、无线通讯|最后的笔记簿-IT飞鸟痕-skChancefile:/C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/maftemp/12868.第7页 共17页2010-10-11 22:22传输速率：20kbps250kbps传输距离：10公尺（依耗电量之不同，可提升至100公尺）可使用频道数：在2.4GHz的ISM频段，可使用的信道数为16个；在915MHz的ISM频段，可使用的信道数为

45、10个；在欧洲的868MHz频段，可使用的信道数为1个而在标准制定的分工上，则由ZigBee Alliance与IEEE 802.15.4的任务小组来共同担任标准的制定。其中实体层、MAC层、数据链结层，以及传输过程中的资料加密机制等发展由IEEE所主导，并共同针对ZigBee Protocol Stack的发展进行研议，而未来还能依系统客户的需求，来修正其所需的应用接口。Zigbee的应用与市场发展Zigbee的出发点是希望能发展一种易布建的低成本无线网络，而其低耗电性可使产品的电池能维持6个月到数年的时间。在产品发展的初期，将以工业或企业市场的感应式网络为主，提供感应辨识、灯光与安全控制等

46、功能，再逐渐将目前市场扩展至家庭中的应用。根据Zigbee Alliance的观点，一般家庭可将Zigbee应用于空调系统的温度控制器、灯光、窗帘的自动控制、老年人与行动不便者的紧急呼叫器、电视与音响的万用遥控器、无线键盘、鼠标、摇杆、烟雾侦测器、智能型卷标，以及玩具等产品。目前在ZigBee标准制定发展上，IEEE已于去年通过有关实体层与媒体储存控制层的标准草案，因此早在2003年底，即有芯片设计厂商发表适用于868MHz频段的ZigBee芯片，预估在2004年底，可达到商品化的目标。而投入ZigBee技术研发的厂商，对于市场的发展都抱持相当乐观的看法。根据Adcon Telemetry A

47、G观点，预估全球低速通讯应用市场，将在2005年达到5.7亿台的规模，届时不论ZigBee能取得多大的市场占有率，这都代表其可发展的空间的确具有相当大的潜力。一、引言长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体介入控制层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(250 kbps)、工作在2.4 GHz和868/92

48、8 MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的

49、低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。二、IEEE 802.15.4和ZigBee介绍IEEE无线个人区域网(PAN)工作组的IEEE 802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础。802.15.4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10米左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。传感器网络是其主要市场对象。2.1 802.15.4协议架构及其技术特点IEEE802.15.4满足国际标准组织(ISO)

50、开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层(如图1所示)，表1中概括了802.15.4的一些特点：IEEE802.15.4的MAC层能支持多种LLC标准，通过SSCS（Service-Specific Convergence Sublayer，业务相关的会聚子层）协议承载IEEE802.2类型一的LLC标准，同时允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4 的MAC层服务。表2列出了IEEE802.15.4的LLC层和MAC层主要功能：IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。它们都基于DSSS（Dire