ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用前景初探

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

關(guān)鍵詞：ZigBee無線通信技術(shù)；無線網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用前景

引言：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感器技術(shù)的發(fā)展與推廣使得ZigBee無線通信技術(shù)迎來了非常良好的發(fā)展契機，無論是現(xiàn)階段的應(yīng)用還是未來的應(yīng)用，ZigBee技術(shù)與其他技術(shù)相比都有著很強的競爭力。

一、ZigBee無線通信技術(shù)概述

（一）ZigBee無線通信技術(shù)的定義

對于ZigBee無線通信技術(shù)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(fā)現(xiàn)花粉時，都會通過這種特殊的舞蹈通知同伴，實現(xiàn)信息的交流。而當部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)在現(xiàn)代社會出現(xiàn)后，由于其具有著低功耗、低成本、低復(fù)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的稱呼。當然，我們也可以將這種技術(shù)看做是一種專門的通信協(xié)議標準。

（二）ZigBee無線通信技術(shù)的特點

ZigBee技術(shù)作為無線通信技術(shù)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(shù)一起出現(xiàn)，同時相比于其他技術(shù)，ZigBee技術(shù)在技術(shù)特點上也存在著非常多的區(qū)別與優(yōu)勢。第一，ZigBee技術(shù)雖然同樣屬于短距離的無線通信技術(shù)，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(shù)具有著較快的響應(yīng)速度，在睡眠狀態(tài)下僅需15毫秒即可進入到工作狀態(tài)，而從節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)也僅需30毫秒左右，相比藍牙等其他技術(shù)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(shù)在功耗方面同樣具有著優(yōu)勢，一般情況下，單節(jié)點僅依靠兩節(jié)五號電池即可維持長達半年以上的待機狀態(tài)，這是藍牙、WiFi等所無法比擬的。第四，ZigBee技術(shù)的協(xié)議專利是免費的，在應(yīng)用時無需支付專利費，再加上通訊控制器要求較低、協(xié)議簡化等因素的影響，最終造就了ZigBee技術(shù)的低成本優(yōu)勢。第五，ZigBee技術(shù)在主節(jié)點管理子節(jié)點的節(jié)點結(jié)構(gòu)使得其節(jié)點數(shù)量最多可達65000個，而藍牙與WiFi則均不足50個，因此ZigBee技術(shù)的容量遠超其他技術(shù)。第六，ZigBee技術(shù)在通用安全級別中存在信任中心鑰匙與數(shù)據(jù)傳輸時的網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shù)的應(yīng)用

ZigBee技術(shù)在成本、安全性等方面的技術(shù)特點優(yōu)勢使得其在現(xiàn)實生活中具有著非常廣的應(yīng)用范圍，同時在應(yīng)用時間上也比較早，因此，目前ZigBee技術(shù)的實際應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，如智能家居、工業(yè)控制、智能農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都對ZigBee技術(shù)有著比較有效的應(yīng)用[1]。其中ZigBee技術(shù)最早的應(yīng)用是在工業(yè)或企業(yè)市場領(lǐng)域，主要是用于建立感應(yīng)式網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)生產(chǎn)或企業(yè)提供火警報警裝置控制、照明系統(tǒng)控制、生產(chǎn)流程控制等一系列功能，而隨著這一技術(shù)的不斷推廣，交通、農(nóng)業(yè)、家庭等領(lǐng)域?qū)igBee技術(shù)的應(yīng)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(tǒng)開關(guān)控制、門禁控制，到兒童玩具、遙控器、燈光調(diào)節(jié)以及各類家電產(chǎn)品，ZigBee技術(shù)在其中都發(fā)揮著十分關(guān)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(yè)也都在各自的電子產(chǎn)品中采用了ZigBee技術(shù)。而在交通領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)不僅能夠通過分布式系統(tǒng)實現(xiàn)比GPS覆蓋更為全面、精細的交通導(dǎo)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(shù)的應(yīng)用前景

（一）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

ZigBee技術(shù)作為近距離的無線通信手段，未來其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要會集中在醫(yī)療監(jiān)護方面。通過對ZigBee技術(shù)的應(yīng)用，醫(yī)院可以在病房搭建起ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并借助傳感器實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)傳輸至醫(yī)院建立的信息系統(tǒng)上，這樣不僅可以通過信息監(jiān)測來代替醫(yī)生查房，減少醫(yī)生的工作量，同時也能夠保證病人信息的準確性，避免出現(xiàn)信息判斷的失誤，降低醫(yī)療事故的發(fā)生幾率。此外，借助智能化的軟件控制，ZigBee網(wǎng)絡(luò)下的病人信息檢測還能夠?qū)Ξ惓Ｐ畔⒓皶r給出通知，使醫(yī)生能夠針對具體問題快速做出反應(yīng)，這對于重癥患者的監(jiān)護與治療工作有著很大的幫助[2]。

（二）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

ZigBee無線通信技術(shù)的近距離通信功能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中同樣可以發(fā)揮出重要作用。ZigBee技術(shù)的組網(wǎng)節(jié)點個數(shù)較多，因此可以通過大量的傳感器布置來構(gòu)組建出較為復(fù)雜的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對農(nóng)作物生長狀況的全天候?qū)崟r監(jiān)測，從而取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下對農(nóng)作物生長的人工監(jiān)測，使農(nóng)民能夠?qū)r(nóng)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(wǎng)絡(luò)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(nóng)民的生產(chǎn)決策提供更加精確的數(shù)據(jù)信息參考，從而進行更加科學(xué)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（三）汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景

ZigBee技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用對于交通安全能夠提供非常大的幫助。從汽車導(dǎo)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(fā)生故障造成的，而通過在汽車內(nèi)部組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)并安裝傳感器，則能夠?qū)ζ嚨陌l(fā)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(fā)現(xiàn)故障。同時其強大的適應(yīng)性與超長的待機時間也提高了這一應(yīng)用的可行性與實用性。

（四）工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

在工業(yè)領(lǐng)域中，ZigBee技術(shù)除了能夠提供最初的公共設(shè)施與能源管理工作，在未來還有望在機床控制、機器設(shè)備檢測與維修、危險化學(xué)成分分析等多個方面得到應(yīng)用。這些工業(yè)生產(chǎn)工作本身不需要太過龐大的數(shù)據(jù)信息，ZigBee技術(shù)在傳輸速度方面的不足基本不會產(chǎn)生太大影響，而其成本低、容量大、功耗低、節(jié)點數(shù)量多等方面的特點卻能夠發(fā)揮出巨大的作用。例如在成本方面，ZigBee技術(shù)低廉的應(yīng)用成本與維護成本相比與WiFi、藍牙等技術(shù)在重視經(jīng)濟效益的工業(yè)生產(chǎn)中顯然更具優(yōu)勢，而更多的節(jié)點數(shù)量則意味著能夠?qū)崿F(xiàn)更多的傳感器布置，從而使數(shù)據(jù)信息更加詳細、全面。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)下，工業(yè)生產(chǎn)中的各項信息數(shù)據(jù)都能夠?qū)崿F(xiàn)有效的采集、處理、分析與傳輸，進而為生產(chǎn)決策提供輔助作用[3]。

（五）軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景

ZigBee技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用設(shè)想早在21世紀初就已經(jīng)被提出，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建與傳感器的設(shè)置，ZigBee技術(shù)不僅能夠讓單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)控制、衛(wèi)星通訊設(shè)備治理等功能，同時還能夠在戰(zhàn)爭中承擔戰(zhàn)場偵測、目標定位、友軍彈藥設(shè)備與軍力監(jiān)測、戰(zhàn)斗損失評估等工作，對軍事信息化的建設(shè)能夠提供非常大的幫助。

結(jié)束語：總而言之，ZigBee技術(shù)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(shù)所難以企及的優(yōu)勢與應(yīng)用價值，而隨著科技的不斷進步，ZigBee技術(shù)在未來必將得到更加廣泛的應(yīng)用，并取得更好的應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1]呂藝.ZigBee無線通信技術(shù)與應(yīng)用前景淺析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（04）：29.

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

[3]羅天雨.ZigBee無線技術(shù)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(xué)歷：本科，在讀于吉林大學(xué)；