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ZigBee和Z-Wave的區別與未來[圖]
[ 通信界 / 佚名 / www.6611o.com / 2012/8/3 22:48:20 ]
 

ZigBee和Z-Wave短距離無線技術都用于遠程監控和控制,但兩種技術的規格和應用卻不同。在美國應用越來越廣泛的家庭局域網(home-area network, HAN)中,兩種技術都是理想選擇。本文將對比這兩種廣泛使用的無線技術(見表格)。

  ZigBee

ZigBee基于IEEE的802.15.4個人局域網(PAN)無線標準,是ZigBee聯盟發起的開放式無線標準。IEEE802.15.4標準提供網絡的第一層(物理層,PHY)和第二層(媒體接入控制器,MAC),網絡層和應用層由ZigBee堆棧軟件提供。

ZigBee標準創建于九十年代,當時作為Wi-Fi和藍牙之外的另一個選擇用于某些場合。IEEE802.15.4標準在2003年完成并在2006年得到升級。ZigBee聯盟成立于2004年,目的是維護該標準,同時繼續開發并提供互操作性測試。

作為無線網狀網絡技術,ZigBee可以用于直接通信,但大多數應用基于星形或樹狀拓撲網狀網絡。主節點控制其他的連接點,如果某個節點不能和另一節點通信,這兩個節點就會作為中繼器與通信范圍內的其他的節點相連。ZigBee可支持6.5萬個節點。

ZigBee設備運行于免費的工業、科學和醫療(ISM)頻段。最受歡迎的配置都在2.4GHz頻帶,而ZigBee定義了16個5MHz的運行頻段。最高數據率為250kbits/s,使用交錯正交相移鍵控(OQPSK)。

ZigBee也支持其他的規格選擇,如運行于915MHz(美國)上,以40kbits/s的速率傳輸,使用雙相移相鍵控(BPSK)調制。歐洲版標準使用868MHz頻率,速率20kbits/s.

ZigBee的典型功率在1mW或0dBm,開闊空間的通信范圍為10米。不過根據情況,有時候也能達到更遠的距離。ZigBee和Wi-Fi以及藍牙使用同個頻段,因此共存是個大問題。大多數收發器都有共存機制,將干擾最小化。

可用的16個信道允許無線傳輸能在最小的干擾下找到合適的頻率。

ZigBee聯盟是由公司和其他組織構成的聯合體,支持標準的開發和應用推廣,目前有超過220個成員。聯盟為所有應用ZigBee標準的產品提供測試認證。

ZigBee的一大優勢是靈活性。ZigBee的設計可用于支持特定應用軟件的開發和部署,這些軟件也稱為應用規范(profile)。應用規范和ZigBee的堆棧相連,讓制造商更快、更容易地推出特別針對某些應用的無線產品?捎玫膽靡幏栋彝プ詣踊、智能能源、通信、醫療、遠程控制(RF4CE,或稱消費電子射頻)、建筑自動化和零售服務。

Ember推出的EM351和EM357單芯片ZigBee設備包括一個802.15.4無線收發器和一個嵌入式32位ARM cortex M3處理器。EM351有128kbytes閃存,EM357有192kbyites閃存。兩個產品都有12kbytes的RAM,內置AES128加密。接口包括UART、串口(SPI)、兩線口(TWI)和一個數模轉換器(ADC)。另外還有24位通用I/O(GPIO)。Ember提供完整的開發套件,包括硬件模塊和所有軟件(圖1)。

圖1:Ember的開發套件,包括芯片、ZigBee協議軟件、相應的開發工具轉為簡化嵌入式軟件、網絡和射頻集成的復雜度而設計,

用于開發家庭、智能能源和其他遠程監控和控制應用的低功耗無線產品。

同時,iControl提供了ZigBee家庭監控和控制面板(圖2)。Ember和iControl聯手協助寬帶服務提供商和家庭安全公司,在互動安全性、監控、家庭管理服務領域探索新趨勢。iControl OpenHome軟件平臺與其開放、和技術本身無關的軟件基礎設施互相配合,全部集成并顯示在一個觸摸屏上,功能包含報警系統、通信網關、家庭自動化平臺。Ember的ZigBee平臺為整個系統提供雙向無線網絡基礎設施。

圖2:全部集成在觸摸屏中,iControl的家用"儀表盤"專為中央監控和控制接口設計,提供所有家庭能源和自動化功能。ZigBee和智能電表以及家庭設備無線連接并進行監控和控制。

Z-Wave

Zensys在2008年被Sigma Designs收購之前開發了Z-Wave私有無線標準。Sigma Designs的產品是IC和電力線通信(PLC)和無線相關設備。Z-Wave標準不像很多無線標準那樣開放,但Zensys、Sigma Design的客戶都可以使用。最近,國際電信聯盟(ITU)把Z-Wave PHY和MAC層作為其新標準G.9959的選擇,該標準為1GHz一下的窄帶無線設備提供了一套指南。

Z-Wave無線網狀網絡技術讓任何節點都能直接或間接地和通信范圍內的其它臨近節點通信。如果兩個不在通信范圍內的節點想要通信,則可以通過連接另外一個節點獲取或交換信息。Z-Wave網絡最多支持232個節點,還支持設置多個控制器,以區分開所需的各種功能。

Z-Wave使用Part 15免費ISM頻帶,運行在美國和加拿大的908.42MHz頻率上,在其他國家則根據各國規定使用其他不同頻率。調制方式是高斯移頻鍵控(FSK)。數據速率包括9600 bits/s和40kbits/s.輸出功率為1mW和0 dBm.和其他無線技術類似,傳輸范圍取決于環境。在開闊空間中,最大范圍可達30米。穿墻的話范圍會有一定減小。

Sigma Designs的ZM3102模塊專為和其它產品集成而設計,用于監控和控制。除了無線收發器外,還包括板載一塊CPU,以及內置的23kbytes閃存和2kbytes的SRAM,另外還支持有四個模擬輸入的12位ADC.接口包括GPIO、SPI、UART和脈沖寬帶調制(PWM),也提供Triac控制器。模塊電壓范圍為2.1V到3.6V直流,功耗非常低。典型的轉發周期僅為0.1%,也就是說大多數時候設備處于休眠模式。

ZM4101和ZM4102更強大,運行的頻率范圍頁更寬(圖3)。8051 CPU有64kbytes的單次可編程(OTP)存儲,16kytes的SRAM和64kbytes 的非易失性RAM(NVRAM)。接口包括USB、128-key的矩陣掃描器。模塊包括一個四通道LED控制器,數據率達到100kbits/s,還支持AES128加密。

圖3:Sigma Designs的ZM4101是集成Z-Wave的模塊,為集成式的家庭監控和控制功能設計。ZM4101支持100kbits/s的數據率,采用AES 128加密。

Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監控和控制,廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。Z-Wave還可以用于智能電表,為家用暖通空調監控和控制提供消耗數據。

Z-Wave聯盟由160家公司組成,專業設計和銷售基于Z-Wave標準的無線家庭控制產品,在Z-Wave系統中扮演主要角色,在22個國家有超過575款可互操作的產品。

總結

ZigBee和Z-Wave的目標應用一致。其中ZigBee的通用性遠超Z-Wave,幾乎可以配置并實現任何短距離無線功能,應用規范也可以大大縮短普通應用的開發時間。另一方面,ZigBee的協議更復雜,開發時間也更長。Z-Wave采用更簡單的協議,開發更快也更簡單。

Z-Wave芯片只能通過Sigma Designs這一唯一來源獲取。Sigma Designs只賣給OEM、ODM和其它主要客戶。在Home Depot和Lowes這樣的商店里,可以買到500多種家庭控制產品,但很多并沒有說明使用了Z-Wave.

ZigBee芯片廠商包括Ember、飛思卡爾、Microchip和德州儀器。完善且立即可用的ZigBee模塊也可以通過多個來源獲得,包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM.

在0 dBm的特定功率下,Z-Wave的范圍比ZigBee更大,這是因為Z-Wave運行在更低的頻率下(根據Friis公式)。這也意味著Z-Wave在某些應用中連接也更穩定。

ZigBee使用應用廣泛的2.4GHz ISM頻段,因此必須與Wi-Fi、藍牙和其它無線標準共享頻段,會產生干擾。大多數ZigBee設備都有有助于緩解干擾的共存功能,但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。

 

作者:佚名 合作媒體:不詳 編輯:顧北

 

 

 
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