ZigBee和Z-Wave其实就在我们身边

涵哥

1.IEEE 802.15.4/ZigBee

IEEE 802.15.4是为满足低功耗、低成本的无线传感器网络要求而专门开发的低速率WPAN标准。IEEE 802.15.4工作在ISM频段，它定义了2.45GHz频段和868/915 MHz频段两个物理层，这两个物理层都采用直接序列扩频(DSSS)技术。在2.45GHz频段有16个速率为250kbps的信道，在868 MHz频段有1个20kbps的信道，在915MHz频段有l0个40kbps的信道。IEEE 802.15.4有如下优点。

① 网络能力强：IEEE 802.15.4具有卓越的网络能力，在基于IEEE 802.15.4的网络中，可对多达254个网络设备进行动态寻址。

② 适应性好：IEEE 802.15.4可与现有控制网络标准无缝集成。通过网络协调器可自动建立网络，采用载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)方式进行信道存取。

③ 可靠性高：IEEE 802.15.4提供全握手协议，能可靠地传递数据。

ZigBee建立在IEEE 802.15.4标准上，并确定了可以在不同制造商之间共用的应用协议，是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的无线传感器网络技术。它依据IEEE 802.15.4标准，可在众多的传感器节点之间相互协调实现通信。

ZigBee是建立在IEEE 802.15.4标准之上的，因此ZigBee并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层和数据链路层采用了IEEE 802.15.4标准，但在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用支持子层和高层应用规范由ZigBee联盟进行制订。基于ZigBee的网络可以是一个由多达65000个网络节点组成的一个无线传感器网络，类似现有的移动通信的CDMA网络或GSM网络，每一个基于ZigBee的网络中的节点类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信。每个网络节点间的距离可以从典型的75m，到扩展后的几百米，甚至几千米。另外，整个基于ZigBee的网络还可以与现有的其他各种网络连接。但基于ZigBee的网络主要是为自动化控制数据传输而建立的，而移动通信网主要是为语音通信而建立的。基于ZigBee的网络的每个节点不仅本身可以是监控对象，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料，例如，传感器连接直接进行数据采集和监控。除此之外，在自己信号覆盖的范围内，基于ZigBee的网络的主设备节点还可以和其网络中多个不进行信息转发的孤立从设备节点无线连接。基于ZigBee的无线传感器网络的每个节点可支持多到31个传感器节点和受控设备，每一个传感器节点和受控设备中可以有8种不同的接口方式，可以用来采集和传输数字量和模拟量。

ZigBee技术具有以下特点：

① 数据传输速率低：只有10～250kbps的带宽，因而它专注于低数据传输方面应用。

② 功耗低、成本低：由于工作周期很短，并且在应用中采用了休眠模式，那么收发信息功耗较低。ZigBee数据传输速率低，协议简单，这大大降低了成本。

③ 网络容量大：ZigBee支持星状、片状和网状网络结构，一个基于ZigBee的网络可以容纳最多254个从设备和1个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络。

④ 时延短：通常时延都在15～30ms之间，因此在对实时性要求高的自动控制领域，ZigBee有着很好的应用和推广。

⑤ 高安全性：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴定功能，采用AES-128加密算法。

⑥ 有效范围小：ZigBee的通信有效覆盖范围在10～75m之间，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境，其具体通信范围受实际发射功率的大小和各种不同应用模式的影响。

ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率要求不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。因而它的应用目标主要是：工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如监视和传感)、家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。

2.Z-Wave

Z-Wave是Z-Wave联盟推出的一种基于射频的、低成本、低功耗、适用于无线传感器网络的高可靠性的无线通信技术。目前Z-Wave主要专注于家庭自动化领域，主要包括照明系统控制、读取仪表(水、气、电)、家用电器功能控制、身份识别、能量管理系统等。

Z-Wave属于低速率无线个域网通信技术，其工作频段为908MHz ISM频带，其着力于窄带宽应用。Z-Wave的带宽只有9.6kbps，因而它也不适合用于高数据传输的应用，由于家用自动化系统中传输的数据量不多，所以其9.6kbps的带宽已经足够了。Z-Wave的传输距离为室内大于30m，室外大于10m，但这些都只是在单段传输时距离的理论值，实际的传输距离受发射功率的大小、应用模式及网络中中继节点的使用情况等因素的影响。由于Z-Wave和前面介绍的很多无线通信技术一样工作在ISM频段，那样其所受到的干扰很多，但是Z-Wave通过使用冗余的传送机制来降低干扰，利用浓缩帧格式和随机插入算法保证在网内设备之间高可靠性地进行通信。

基于Z-Wave的网络是一个对等式网络，网络没有中心结构，节点之间的地位是平等的。网络中的节点可以随时加入和离开网络，而且任意节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

总之，根据Z-Wave结构简单，成本低，功耗低，可靠性高，安全性高和其网络易管理等特征，Z-Wave在家庭自动化领域的市场中将会占有一席之地。

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