基于ZigBee的敬老院環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可行性分析

盧秋帆

摘要：隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和提高，老年人對自己的生活環(huán)境有了更高的要求，希望自己的生活環(huán)境健康、舒適。我國老齡化增加，各個地方都修建了敬老院來解決老人們的生活問題，但是隨著敬老院越來越多，安全隱患的發(fā)生越來越多。因此，本文利用ZigBee技術(shù)設(shè)計出了這種基于ZigBee的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ZigBee；敬老院：環(huán)境監(jiān)控

一、需求分析

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中越來越多的使用ZigBee，在本系統(tǒng)中就是采用的ZigBee技術(shù)，使用ZigBee有很多的方便之處，ZigBee的功耗低、成本低、時延斷、可靠性高、體積較小，易于安裝和維護。敬老院監(jiān)控環(huán)境雖然并不算太過于惡劣，但采用體積較小的傳感器，可以減少傳感器的損壞幾率，也可以減少整個傳感器設(shè)備的體積，以便安裝到敬老院的每一個角落。擴展性較強，可以在系統(tǒng)里添加刪除結(jié)點。ZigBee模塊的處理速度快，功耗低。

二、ZigBee技術(shù)介紹

ZigBee技術(shù)是一種由開放性組織ZigBee聯(lián)盟推廣的近距離雙向無線通信技術(shù)，2004年發(fā)布了第一版該項技術(shù)的一個標(biāo)準(zhǔn)。工作如果在2.4GHz（全球衡量）、868MHz（歐洲衡量）和915MHz（美國衡量）3個頻段上，分別具有最高250 Kb/s、20 Kb/s和40Kb/s的傳輸速率，傳輸距離在百米范圍之內(nèi)。ZigBee技術(shù)優(yōu)點在于距離短、功耗比較低且傳輸速率也比較低的電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸，還進行非常典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)、低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)的傳輸。

（一）ZigBee技術(shù)的現(xiàn)狀及前景

人們在使用藍牙技術(shù)的過程中，體驗到了很多的便利。但在工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測通控等應(yīng)用領(lǐng)域，藍牙技術(shù)表現(xiàn)出協(xié)議復(fù)雜、功耗大、距離近和組網(wǎng)規(guī)模小等缺陷，自動化迫切需要一種高可靠的、抗干擾的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。經(jīng)過業(yè)界的長期研究，2004年，滿足該需求的ZigBee協(xié)議正式問世。ZigBee技術(shù)從誕生到現(xiàn)在共發(fā)布了2004、2006、2007及pro這4個版本。相比藍牙等其他近路離傳輸技術(shù)，ZigBee技術(shù)的一大化勢在于較低的功耗，就拿每個結(jié)點的電池耗電來說，相比兩節(jié)5號電池可支持藍牙結(jié)點數(shù)周、支持Wi-Fi結(jié)點數(shù)小時的水平，兩節(jié)5號電池可支持ZigBee結(jié)點完成6-24個月的工作。如此大的優(yōu)勢讓ZigBee技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)了有利的地位。除此之外，ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡單且應(yīng)用層開放，大大降低了設(shè)備開發(fā)成本。最重要的是免收專利費，極大地促發(fā)了生產(chǎn)廠商的使用熱情。

1.更多芯片廠商的參與

每一項通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)都需要上游芯片廠商的各種支持和推動，ZigBee技術(shù)事一項功耗低、低速率的無線短距離傳輸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，肯定離不開芯片廠商的支持。越多的芯片廠商參與ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及推廣，能夠讓ZigBee技術(shù)更快地發(fā)展。

2.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的進一步體現(xiàn)

雖然ZigBee用越來越多，芯片出貨量也年年遞增，但ZigBee技術(shù)的推廣仍然處于起步探索階段，還沒有真正起飛。工程中點對點的應(yīng)比較多，能夠體現(xiàn)ZigBee關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用太少。因此，進步加大對ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的推廣，尤其是對其特有的大型網(wǎng)絡(luò)的組建優(yōu)勢的推廣也勢在必行。

（二）ZigBee技術(shù)的特點

1.傳輸范圍小、速率低

ZigBee技術(shù)的有效覆蓋范圍只有百米左右，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境，但由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的一些特殊性，比如一個星形結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)頂天可容納254個從設(shè)備以及一個主設(shè)備，一個區(qū)城內(nèi)大概同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，所以可通過多個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的連接從而獲取更大的范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋。同時，ZigBee技術(shù)專注于低速率傳輸，其傳輸速率范圍為10Kb/s-250Kb/s。

2.硬件的低功耗

因為ZigBee傳輸速率低，發(fā)射功率只有1mW，并且具有休眠模式，所以ZigBee設(shè)備很省電。估計ZigBee設(shè)備如果靠兩節(jié)5號電池完全可以維持6個月到兩年左右的使用時間，它的功耗遠遠小于同處2.4GHZ頻段的藍牙和Wi-Fi。

3.技術(shù)成本低

由于ZigBee協(xié)議免收專利費，并且簡單開放，因此為下游企業(yè)進行自主開發(fā)帶來極大的方便。早期ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，隨著部分硬件功能被軟件替代，初始成本已經(jīng)大幅度降低?，F(xiàn)在市場上的ZigBee模塊由于功能不同，其價格差異較大。

4.網(wǎng)絡(luò)時延比較短

ZigBee技術(shù)的通信時延、從休眠狀態(tài)到激活的時延都很短，它搜索設(shè)備時延的具有代表性的典型值為30ms，還有休眠激活的時延通常典型值為15InS，以及活動設(shè)備信道接入的時延值為15ms，這對于時延要求非?？量痰臒o線控制（比如工業(yè)控制場合等）應(yīng)用，ZigBee技術(shù)很適合。

5.傳輸可靠性較高

ZigBee技術(shù)采取了載波偵聽多路訪問/碰撞避（carrier SenseMuhiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）的策略，而且為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)留下了一些專業(yè)時隙，完全避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭以及沖突。MAC層用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，發(fā)送的數(shù)據(jù)包都一定需要等待接收方確認信息，一旦傳輸過程中出現(xiàn)問題，就要重發(fā)。