ZigBee网络技术协议的分类与优势

文/孙秀伟

ZigBee网络技术协议的分类与优势

文/孙秀伟

随着人们对数据业务和多媒体业务需求量的增加，人们对定位和导航的依赖逐渐增大，尤其是在一些复杂的环境中，如机场内厅、大型楼宇建设、地下停车场、图书馆等。面对市场如此大的需求，诸多无线传感器技术应运而生。其中ZigBee技术的表现尤为突出,以其低速率、短距离的特征而著称。

定位 导航 ZigBee

1 ZigBee定位技术原理

短距离无线网络的一个应用是在任何的给定时间内确定物体的近似物理位置即为依据于位置判定的ZigBee定位技术。何为位置判定？是指未知节点关于一系列已知参考节点的位置信息判定过程。位置判定有两大指标：定位精度和确定节点位置所花费的时间。在信息量大的信道接入时期内，ZigBee节点可能在获得信道入口前需要经历多次尝试，才能顺利进入信道，所以覆盖范围性和可扩性成为衡量它的唯一标准。位置判定通常包括两组节点：第一组为由固定节点组成的参考节点，被用作位置判定的参考点，且参考点的位置可由安装者所决定。第二组为位置未知的追踪节点。所以位置判定的总结就是：位置未知的追踪节点发射一个信号，被近邻的参考节点接收，参考节点根据接收到的信息测出其信号强度、抵达时间或抵达角度最后通过定位算法得出位置信息。

2 ZigBee定位技术分类

2.1 基于测距和非测距的定位算法

基于测距的定位算法是通过测量追踪节点和参考节点之间的距离、角度或时间差从而计算出追踪节点的位置。而非基于测距的定位算法则是根据网络拓扑结构（星状、树状、网状）等信息进行未知节点的判定。常用的基于测距的定位算法有:基于接收信号强度测量法(RSSI)、到达时间测量法(TOA)、到达时间差测量法(TDOA)和到达角度测量法((AOA)。常用的非基于测距的定位算法有:质心算法、凸规划法、网络多跳路由算法(DV-hop)。首先基于测距的定位算法对较为准确的距离测量要求很高，所以它的定位精度比较好，但是在功耗和成本方面消耗比较大。而非基于测距的定位算法则恰恰相反。所以我觉得在实际的应用中商家应该根据需求的不同选择不同的定位算法，这样才能做到既节能又可靠的综合体。目前，实际应用中最为广泛使用的是基于测距的定位算法。

2.2 基于集中式和分布式的定位算法

网络中的所有节点为中央位置处理节点提供位置相关信息，经过信息的搜集和加工，然后中央位置处理节点会根据信息计算所有追踪节点的位置，并及时将算得的位置回报到每个追踪节点上，因此这样的模式为集中处理方式。集中处理的优势在于最大化的降低了所需设备的性能，可以从全局的角度进行传感器网络中每个节点的定位，定位精度较高，而且所有定位过程中涉及到的计算都在中心控制节点处进行，保证了数据的可靠性。但是它的缺点也是很明显的。因为所有节点都必须与一个单独节点通信来获得位置信息，增大了传输距离且这样高水平的通信流量会造成网络瓶颈，在达到某一程度时会造成网络瘫痪从而限制了位置更新速率。另外，频繁的转播定位请求会耗尽电池的电量。这样随着网络规模的增大问题会变得越来越严重。

2.3 基于绝对与相对的定位算法

绝对定位就是该坐标位置是确定的、标准的，如经纬度，这种位置就是一直不变的且很难改变。而相对定位就是先选取网络中设置的节点作为参考节点，而其他节点的位置都是相对于该节点而言。这两种定位算法都有优势，在绝对定位中好处就在于能够为网络中的节点提供确切的位置，得到更可靠的位置信息，网络中移动的节点基本上不会给网络的位置带来影响，所以有着广泛的应用前景。而相对定位的优势在于应用方便，不需要通过复杂的方式去获取坐标信息，以便大家的理解和实施。

3 ZigBee定位技术的优势

纵观以上对其他定位技术的描述，ZigBee定位技术的优势在某种程度上是显而易见的。

（1）与GPS定位技术相比较，ZigBee定位技术不需要依靠远距离发射器提供的信息，而是通过位置已知的固定节点或位置未知的移动节点发出的信号进行分析，通过定位算法计算出移动节点相对于其他已知方位的当地节点的位置。这样不但在能源的消耗上达到一定的控制同时也使得设备成本尽可能的低。

（2）与Wi-Fi定位技术比较而言，虽然ZigBee仅仅只是一个局域网，但是通过足够的数据出口相互间的通信，便可以“无限”扩大它的覆盖范围，从而达到移动通信所能达到的极限。另外，ZigBee局域网可以与现有的移动网，互联网和其它通信网络合并为一个整体，这样不仅有效的解决了移动网在盲区覆盖的缺陷，同时使社会更趋向于智能化。我们都很清楚的知道，即使大家都在推广无线网络技术的实施，但中国地大物博仍然有一些地方存在盲区如铁路，隧道，油田，矿山等地方，况且基站建设的成本又较高。若使用ZigBee网络进行盲区覆盖便彻底解决了大家一直关心的难题。

（3）在与蓝牙定位技术的比较中，虽然蓝牙有许多优点，但也存在蓝牙不能服务的地方。就家庭个性化服务领域和工业“三遥”领域而言，蓝牙技术就显得大材小用。其复杂的技术操作和资源的无限消耗都成为大家摒弃的依据。在工业现代化发展的带动下，工业自动化对通信数据可靠、无危险的要求更加苛刻。因此，ZigBee的定位技术在这个领域就取代了蓝牙成为工业厂商们的首选。当然，这种优势并不是绝对的，只是在某些领域、某种情形下占据着相对的优势。

4 结语

本文对ZigBee的定位技术进行了研究。首先，为了介绍了ZigBee定位技术的原理。其次，根据介绍了ZigBee定位技术的分类，并通过对wifi，GPS和蓝牙的对比，阐述了ZigBee网络技术协议的优势。

[1]曹斌.ZIGBEE无线传感器网络协议改进及实现[D].上海交通大学,2010.

[2]王强.基于fZigBee无线网络协议栈的研究与实现[D].西安电子科技大学,2010.

[3]张辉,陈伟清.ZigBee技术和标准应用现状的研究[J].第九届中国标准化论坛,2013.

作者单位乌鲁木齐市职业中等专业学校 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000