ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙等常用2.4G無線技術(shù)的區(qū)別

社會的不斷發(fā)展，無線的優(yōu)點已經(jīng)逐步顯現(xiàn)。如：無線通信覆蓋范圍大，幾乎不受地理環(huán)境限制；無線通信可以隨時架設(shè)，隨時增加鏈路，安裝、擴(kuò)容方便；無線通信可以迅速（數(shù)十分鐘內(nèi)）組建起通信鏈路，實現(xiàn)臨時、應(yīng)急、抗災(zāi)通信的目的；而有線通信則有地理的限制、較長的響應(yīng)時間。無線通信在可靠性、可用性和抗毀性等方面超出了傳統(tǒng)的有線通信方式，尤其在一些特殊的地理環(huán)境下，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。隨著無線技術(shù)的成熟，工業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)也開始越來越多地使用2.4G通信，同時802.15.4、ZigBee以及Wi-Fi也得到更多的應(yīng)用。ZigBee和Wi-Fi各自具有明顯的特點，并且許多特性具有互補(bǔ)性，將二者相結(jié)合具有很好的應(yīng)用前景。為幫助工程師朋友近距離地解答更多設(shè)計及應(yīng)用上碰到的問題，本期專家坐堂特邀請到北京博訊科技有限公司技術(shù)主管劉楷來分享他設(shè)計中的經(jīng)驗。

ZigBee、Wi-Fi的區(qū)別？

ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙和幾種無線技術(shù)的對比如下表所示：

ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙和幾種無線技術(shù)的對比圖

ZigBee、Wi-Fi、藍(lán)牙和幾種無線技術(shù)的對比

Wi-Fi目前已經(jīng)批量使用，主要在家庭和辦公室環(huán)境用于PC等設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)。3G布署后，會有3G+Wi-Fi的一些應(yīng)用，中國電信的“天翼”就包括這個部分?？梢灶A(yù)見很多的嵌入式Wi-Fi設(shè)備也會隨網(wǎng)絡(luò)方便會更普及，比如Wi-Fi的POS機(jī)和超市中Wi-Fi衡器等?，F(xiàn)在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用也較多，主要表現(xiàn)在串口設(shè)備的Wi-Fi接入，用于工業(yè)無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

ZigBee和IEEE802.15.4的設(shè)備主要集中在：工業(yè)中的無線傳感器檢測、低等級控制；個人監(jiān)護(hù)儀器、低功耗無線醫(yī)療設(shè)備；高端玩具；電器組網(wǎng)和控制；無線消費設(shè)備；HVAC和燈光控制等。目前批量的應(yīng)用主要在資產(chǎn)跟蹤、物流管理、智能照明、遠(yuǎn)程控制、醫(yī)療看護(hù)和遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

2.4G無線技術(shù)是如何解決頻段擁擠的問題呢？

802.15.4使用DSSS，802.11使用DSSS和OFDM。實際使用中，我們測試過辦公樓，工廠等環(huán)境。通信更多受到阻擋和距離的問題，擁擠沒有造成太大影響。

802.15.4、Zigbee技術(shù)是WSN網(wǎng)絡(luò)的最理想選擇，具有低功耗的特性，但具體如何實現(xiàn)低功耗，需要考慮什么因素？

IEEE 802.15.4定義了一種可選的MAC層超幀結(jié)構(gòu)，超幀包括活躍(Active)和非活躍(Inactive)兩部分在非活躍部分，設(shè)備可以進(jìn)入低功耗模式(休眠狀態(tài))；在活躍部分又分為競爭期和非競爭期，競爭期提供給以CSMA-CA方式接人的設(shè)備使用，非競爭期由若干保障時隙組成，提供給某些需要保留一定數(shù)據(jù)帶寬的設(shè)備這種超幀結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了IEEE 802.15.4低功耗的一大特點，非活躍期的引入限制了設(shè)備之間收發(fā)信機(jī)的開通時間，在無數(shù)據(jù)傳輸時使它們處于休眠狀態(tài)，從而大大節(jié)省了功率開支。

Zigbee設(shè)備分為全功能設(shè)備和精簡功能設(shè)備，精簡功能設(shè)備相對全功能設(shè)備協(xié)議棧簡單并且內(nèi)存更小，只能和某個全功能設(shè)備進(jìn)行交互而全功能設(shè)備具有完備的IEEE 802.15.4協(xié)議功能，能與其傳輸范圍內(nèi)的任何節(jié)點進(jìn)行交互兩種設(shè)備相互組合，可以組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)和樹型網(wǎng)絡(luò)。

低功耗系統(tǒng)除了在傳輸上對于功耗的考慮外，在CPU和系統(tǒng)的其他部分也有功率關(guān)系。例如，JN5139 SoC本身可以關(guān)閉RF，單獨運行CPU部分。也可以關(guān)閉SoC的片上ADC、串口等外設(shè)。對于休眠也可以提供為了快速啟動保留RAM內(nèi)容的休眠，使用中斷/比較器/Timer喚醒的休眠和只能Reset喚醒的深度休眠等模式。這樣整個系統(tǒng)才能合理的實現(xiàn)功能和功耗的平衡。

Zigbee信號的帶寬是多少？

ZigBee的底層使用IEEE802.15.4，也就是說物理帶寬是IEEE802.15.4的帶寬嗎也就是250kbps。但是，物理帶寬和有效數(shù)據(jù)速率還有區(qū)別。對于ZigBee而言，數(shù)據(jù)速率還要考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)路由關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量等問題。實際的應(yīng)用中一定要充分考慮這些因素。因為涉及的因素很多，所以這里不能給出實際計算。經(jīng)驗而言，路由對數(shù)據(jù)速率的影響最大。每增加一級路由增加100ms～200ms的時間。所以說ZigBee不是一個實時的網(wǎng)絡(luò)。其次是網(wǎng)絡(luò)并發(fā)的數(shù)據(jù)對速率也有較大的影響?？傊?，ZigBee適合低速傳感應(yīng)用，實際帶寬要考慮網(wǎng)絡(luò)實際情況。