文/孫秀偉

ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議的分類與優(yōu)勢

文/孫秀偉

隨著人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)需求量的增加，人們對定位和導(dǎo)航的依賴逐漸增大，尤其是在一些復(fù)雜的環(huán)境中，如機場內(nèi)廳、大型樓宇建設(shè)、地下停車場、圖書館等。面對市場如此大的需求，諸多無線傳感器技術(shù)應(yīng)運而生。其中ZigBee技術(shù)的表現(xiàn)尤為突出,以其低速率、短距離的特征而著稱。

定位 導(dǎo)航 ZigBee

1 ZigBee定位技術(shù)原理

短距離無線網(wǎng)絡(luò)的一個應(yīng)用是在任何的給定時間內(nèi)確定物體的近似物理位置即為依據(jù)于位置判定的ZigBee定位技術(shù)。何為位置判定？是指未知節(jié)點關(guān)于一系列已知參考節(jié)點的位置信息判定過程。位置判定有兩大指標：定位精度和確定節(jié)點位置所花費的時間。在信息量大的信道接入時期內(nèi)，ZigBee節(jié)點可能在獲得信道入口前需要經(jīng)歷多次嘗試，才能順利進入信道，所以覆蓋范圍性和可擴性成為衡量它的唯一標準。位置判定通常包括兩組節(jié)點：第一組為由固定節(jié)點組成的參考節(jié)點，被用作位置判定的參考點，且參考點的位置可由安裝者所決定。第二組為位置未知的追蹤節(jié)點。所以位置判定的總結(jié)就是：位置未知的追蹤節(jié)點發(fā)射一個信號，被近鄰的參考節(jié)點接收，參考節(jié)點根據(jù)接收到的信息測出其信號強度、抵達時間或抵達角度最后通過定位算法得出位置信息。

2 ZigBee定位技術(shù)分類

2.1 基于測距和非測距的定位算法

基于測距的定位算法是通過測量追蹤節(jié)點和參考節(jié)點之間的距離、角度或時間差從而計算出追蹤節(jié)點的位置。而非基于測距的定位算法則是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（星狀、樹狀、網(wǎng)狀）等信息進行未知節(jié)點的判定。常用的基于測距的定位算法有:基于接收信號強度測量法(RSSI)、到達時間測量法(TOA)、到達時間差測量法(TDOA)和到達角度測量法((AOA)。常用的非基于測距的定位算法有:質(zhì)心算法、凸規(guī)劃法、網(wǎng)絡(luò)多跳路由算法(DV-hop)。首先基于測距的定位算法對較為準確的距離測量要求很高，所以它的定位精度比較好，但是在功耗和成本方面消耗比較大。而非基于測距的定位算法則恰恰相反。所以我覺得在實際的應(yīng)用中商家應(yīng)該根據(jù)需求的不同選擇不同的定位算法，這樣才能做到既節(jié)能又可靠的綜合體。目前，實際應(yīng)用中最為廣泛使用的是基于測距的定位算法。

2.2 基于集中式和分布式的定位算法

網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點為中央位置處理節(jié)點提供位置相關(guān)信息，經(jīng)過信息的搜集和加工，然后中央位置處理節(jié)點會根據(jù)信息計算所有追蹤節(jié)點的位置，并及時將算得的位置回報到每個追蹤節(jié)點上，因此這樣的模式為集中處理方式。集中處理的優(yōu)勢在于最大化的降低了所需設(shè)備的性能，可以從全局的角度進行傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的定位，定位精度較高，而且所有定位過程中涉及到的計算都在中心控制節(jié)點處進行，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。但是它的缺點也是很明顯的。因為所有節(jié)點都必須與一個單獨節(jié)點通信來獲得位置信息，增大了傳輸距離且這樣高水平的通信流量會造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，在達到某一程度時會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓從而限制了位置更新速率。另外，頻繁的轉(zhuǎn)播定位請求會耗盡電池的電量。這樣隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大問題會變得越來越嚴重。

2.3 基于絕對與相對的定位算法

絕對定位就是該坐標位置是確定的、標準的，如經(jīng)緯度，這種位置就是一直不變的且很難改變。而相對定位就是先選取網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置的節(jié)點作為參考節(jié)點，而其他節(jié)點的位置都是相對于該節(jié)點而言。這兩種定位算法都有優(yōu)勢，在絕對定位中好處就在于能夠為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點提供確切的位置，得到更可靠的位置信息，網(wǎng)絡(luò)中移動的節(jié)點基本上不會給網(wǎng)絡(luò)的位置帶來影響，所以有著廣泛的應(yīng)用前景。而相對定位的優(yōu)勢在于應(yīng)用方便，不需要通過復(fù)雜的方式去獲取坐標信息，以便大家的理解和實施。

3 ZigBee定位技術(shù)的優(yōu)勢

縱觀以上對其他定位技術(shù)的描述，ZigBee定位技術(shù)的優(yōu)勢在某種程度上是顯而易見的。

（1）與GPS定位技術(shù)相比較，ZigBee定位技術(shù)不需要依靠遠距離發(fā)射器提供的信息，而是通過位置已知的固定節(jié)點或位置未知的移動節(jié)點發(fā)出的信號進行分析，通過定位算法計算出移動節(jié)點相對于其他已知方位的當?shù)毓?jié)點的位置。這樣不但在能源的消耗上達到一定的控制同時也使得設(shè)備成本盡可能的低。

（2）與Wi-Fi定位技術(shù)比較而言，雖然ZigBee僅僅只是一個局域網(wǎng)，但是通過足夠的數(shù)據(jù)出口相互間的通信，便可以“無限”擴大它的覆蓋范圍，從而達到移動通信所能達到的極限。另外，ZigBee局域網(wǎng)可以與現(xiàn)有的移動網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡(luò)合并為一個整體，這樣不僅有效的解決了移動網(wǎng)在盲區(qū)覆蓋的缺陷，同時使社會更趨向于智能化。我們都很清楚的知道，即使大家都在推廣無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實施，但中國地大物博仍然有一些地方存在盲區(qū)如鐵路，隧道，油田，礦山等地方，況且基站建設(shè)的成本又較高。若使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行盲區(qū)覆蓋便徹底解決了大家一直關(guān)心的難題。

（3）在與藍牙定位技術(shù)的比較中，雖然藍牙有許多優(yōu)點，但也存在藍牙不能服務(wù)的地方。就家庭個性化服務(wù)領(lǐng)域和工業(yè)“三遙”領(lǐng)域而言，藍牙技術(shù)就顯得大材小用。其復(fù)雜的技術(shù)操作和資源的無限消耗都成為大家摒棄的依據(jù)。在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的帶動下，工業(yè)自動化對通信數(shù)據(jù)可靠、無危險的要求更加苛刻。因此，ZigBee的定位技術(shù)在這個領(lǐng)域就取代了藍牙成為工業(yè)廠商們的首選。當然，這種優(yōu)勢并不是絕對的，只是在某些領(lǐng)域、某種情形下占據(jù)著相對的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

本文對ZigBee的定位技術(shù)進行了研究。首先，為了介紹了ZigBee定位技術(shù)的原理。其次，根據(jù)介紹了ZigBee定位技術(shù)的分類，并通過對wifi，GPS和藍牙的對比，闡述了ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議的優(yōu)勢。

[1]曹斌.ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改進及實現(xiàn)[D].上海交通大學(xué),2010.

[2]王強.基于fZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的研究與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),2010.

[3]張輝,陳偉清.ZigBee技術(shù)和標準應(yīng)用現(xiàn)狀的研究[J].第九屆中國標準化論壇,2013.

作者單位烏魯木齊市職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830000