随着通信技术的快速发展，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化等都迫切需要一种具备低成本、近距离、低功耗、组网能力强等优点的无线互联标准，Zigbee就是在这样的背景下应运而生的。Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司和荷兰飞利浦半导体公司共同宣布，将加盟“Zigbee联盟”来研发下一代无线通信标准“Zigbee”。这一标准主要用于近距离无线连接，适合承载数据流量较小的工业控制、医用设备控制、汽车自动化、农业自动化和消费性电子设备等。

   1、Zigbee技术

    （1）Zigbee与IEEE802.15.4

    Zigbee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的关于组网、安全和应用软件等方面的技术标准。Zigbee技术并不是完全独立、全新的标准，它的物理层、MAC层采用了IEEE802.15.4协议标准。

    IEEE802.15.4标准是由IEEE无线个人局域网（PAN）工作组制定的。这一标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10m左右的低速率连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等应用领域。IEEE802.15.4工作在工业科学医疗（ISM）频段，定义了两个物理层，即2.4GHz频段物理层和868MHz（欧洲）/915 MHz（北美）频段物理层。在802.15.4标准中，总共分配了27个具有三种速率的信道：在2.4 GHz频段有16个速率为250 kbit/s的信道，在915 MHz频段有10个40 kbit/s的信道，在868 MHz频段有1个20 kbit/s的信道。

    Zigbee联盟在IEEE802.15.4物理层、MAC层的基础上，对其网络层协议和应用程序接口（API）进行了标准化，并对安全层进行了开发。完整的Zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。应用汇聚层是把不同的应用映射到Zigbee网络上，主要包括安全属性设置和多个业务数据流的汇聚等功能；网络层则可实现网络的自组织和自维护，从而降低了网络的维护成本。Zigbee协议构架如图1所示。

    （2）Zigbee的特点

    Zigbee技术在短距离无线通信领域有着较大的优势，这主要是它的自身特点决定的。Zigbee的特点如下。

    低功耗：在低功耗待机状态下，两节五号干电池可使用6～24个月，从而免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。

    短时延：Zigbee的响应速度快，一般从休眠转入工作状态只需要15ms，节点接入网络只需30ms，进一步节省了电能。

    低速率：Zigbee工作在20～250kbit/s的较低速率，满足低速率数据传输的要求。

    近距离：有效覆盖范围为10～100m，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。

    低成本：Zigbee简单而紧凑的协议大大降低了其对通信控制的要求，而且Zigbee免协议专利费。

    大容量：Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，最多可组成65000个节点的大网。

    高安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权能力，采用AES-128加密算法。

    免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗（ISM）频段，2.4GHz（全球）、915MHz（美国）、868MHz（欧洲）。 

    （3）Zigbee与蓝牙技术的比较

    Bluetooth（蓝牙）技术是一种无线数据与通信的开放性标准，它基本上只是设计作为有线的替代品。蓝牙也工作在2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术。它可以在不充电的情况下工作几周，但无法工作几个月，更不可能达到几年。一般情况下，蓝牙同一时间只能处理8个设备，如果更多的话，通信速率将显著下降。

    蓝牙技术和Zigbee都致力于短距离无线连接，有很多相似之处，但也有很多不同点。Zigbee与蓝牙的特征比较如表1所示。

表1 Zigbee与Bluetooth特征比较

    由表1我们可以清楚地看到Bluetooth技术集中在1Mbit/s以上的速率，而且在能量持续时间、节点数以及反应时间等方面都无法与Zigbee相比拟。可以说Zigbee填补了低速率端无线通信技术的空缺，而且它与其他标准在应用上几乎是无交叉的，这使得Zigbee在工业控制、无线传感器网络等领域中比Bluetooth更具有优势。

   2、Zigbee的高节能性

    Zigbee之所以得到众多厂商的大力支持，其低功耗特性是主要原因之一。对电池供电的简单器件而言，更换电池的花费往往比器件本身的成本还要高。在有些应用中，更换电池不仅麻烦，而且实际上是不可行的，如嵌在汽车轮胎中的气压传感器或高密度布设的大规模传感器网络。

    由于Zigbee应用的低带宽要求，Zigbee节点可以在大部分时间内处于睡眠状态，以节省电池能量。当需要发送数据时，节点将被快速唤醒并进入发送数据状态，结束发送后又会转入睡眠状态。Zigbee可以在15ms或更短的时间内由睡眠状态进入工作状态，因此即使处于睡眠状态的节点也能做到低时延。

    Zigbee强大的节能性大部分应归功于IEEE802.15.4技术，因为后者本身就是为低功率而设计的。例如，IEEE802.15.4采用DSSS（直接序列扩频）技术取代FHSS（跳频频谱扩展）技术，因为跳频频谱扩展技术为了保持同步跳频会消耗较多的功率。

    Zigbee采用一种“准备好才发送”的通信策略，它只在有数据要发送时才发送数据，然后再等待自动确认。“准备好才发送”是一种“面对面”式的方案，是一种能量效率非常高的方案。而且，这种“面对面”式策略使得射频干扰非常低，这主要是由于Zigbee节点具有非常低的占空比，只偶尔发射信号且只发送少量的数据。

    不过，Zigbee的“准备好才发送”方案并不是万能的。例如，在一个由成千上万个微型传感器构成的网络中，这种方案节省的能量可能仍不够用。由于每个网络节点都定期发送数据，而且数据必须经过附近其他的节点多次反复传送才能到达网络控制器，大量的数据包冲突和重复传送会浪费能量，这样就会缩短传感器节点的电池寿命。如果传感器电池非常小并且能量有限的话，就不能满足系统供电的要求。

    但Zigbee仍有更多的节能设计。它通过减少对相关处理的需要来进一步节省能量。Zigbee协议栈非常简单，占用很少的内存，一个8位处理器就可以轻松地完成Zigbee的任务，例如一个功能强大的全功能设备（FullFunctionDevice，FFD）需要大约32KB内存，而一个精简功能设备（Reduced Function Device，RFD）只需要4 KB内存。而蓝牙技术则需要约250 KB的内存，Zigbee相对简单地实现也节省了费用。

3、Zigbee技术的应用前景

    Zigbee的出发点是要发展一种容易建设的低成本无线网络。依据Zigbee联盟和参与联盟的主要厂商的基本设想，产品应提供一站式的解决方案，使不熟悉RF技术的人员也能迅速上手。因此其产品不仅提供RF的无线信道解决方案，同时其内置的协议栈可完成Zigbee的通信、组网等无线沟通方面的工作，用户只需要根据协议提供的标准接口进行应用软件编程即可。

    Zigbee主要应用于距离短、数据传输速率不高的各种电子设备之间。通常，符合下列条件的应用都可以考虑采用Zigbee技术：设备距离短；设备成本低、数据传输量小；设备体积小，没有充足的电力支持；需要覆盖的范围较大，网络内需要容纳的设备较多；网络主要用于监测或控制。例如，PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆等）、消费类电子设备（VCR、DVD等设备的遥控装置）、家庭智能控制（照明、煤气计量和报警等）、玩具、医疗护理和工业控制等领域.

        前得到广泛研究的ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点：

　　功耗低：工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如：电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间（工作时间+休眠时间）之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。

　　数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。

　　网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。对全功能器件，要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件，在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话，可以按3种方式工作，分别为：个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话，仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其余则是从属（Slave）设备。若是通过网络协调器（Network Coordinator），整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点，再加上各个Network Coordinator可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。

　　兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。

　　安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。

　　实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。

3、ZigBee协议框架

　　Zigbee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无线标准如802.11或802.16不同，Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。ZigBee V1.0版本的网络标准连同灯光控制设备描述已于2004年底推出，其它应用领域及相关设备的描述也会在随后的时间里陆续发布。如图1所示。 

 　　在标准规范的制订方面，主要是IEEE 802.15.4小组与ZigBee Alliance两个组织，两者分别制订硬件与软件标准，两者的角色分工就如同IEEE 802.11小组与Wi-Fi之关系。在IEEE 802.15.4方面，2000年12月IEEE成立了802.15.4小组，负责制订MAC与PHY（物理层）规范，在2003年5月通过802.15.4标准，802.15.4任务小组目前在着手制订802.15.4b标准，此标准主要是加强802.15.4标准，包括：解决标准有争议的地方、降低复杂度、提高适应性并考虑新频段的分配等。ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。802.15.4仅仅定义了实体层和介质访问层，并不足以保证不同的设备之间可以对话，于是便有了ZigBee联盟。

　　ZigBee兼容的产品工作在IEEE802.15.4的PHY上，其频段是免费开放的，分别为2.4GHz（全球）、915MHz（美国）和868MHz（欧洲）。采用ZigBee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbit/s（16个信道）、在915MHz提供40kbit/s（10个信道）和在868MHz上提供20kbit/s（1个信道）的传输速率。传输范围依赖于输出功率和信道环境，介于10m到100m之间，一般是30m左右。由于ZigBee使用的是开放频段，已有多种无线通讯技术使用。因此为避免被干扰，各个频段均采用直接序列扩频技术。同时，PHY的直接序列扩频技术允许设备无需闭环同步。

　　在这3个不同频段，都采用相位调制技术，2.4GHz采用较高阶的QPSK调制技术以达到250kbit/s的速率，并降低工作时间，以减少功率消耗。而在915MHz和868MHz方面，则采用BPSK的调制技术。相比较2.4GHz频段，900MHz频段为低频频段，无线传播的损失较少，传输距离较长，其次此频段过去主要是室内无绳电话使用的频段，现在因室内无绳电话转到2.4GHz，干扰反而比较少。

　　在MAC层上，主要沿用WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统兼容性，所谓的CSMA/CA是在传输之前，会先检查信道是否有数据传输，若信道无数据传输，则开始进行数据传输，若产生碰撞，则稍后一段时间重传。

　　在网络层方面，ZigBee联盟制订可以采用星形和网状拓扑，也允许两者的组合，称为丛集树状。根据节点的不同角色，可分为全功能设备（Full-Function Device；FFD）与精简功能设备（Reduced-Function Device；RFD）。相较于FFD，RFD的电路较为简单且存储体容量较小。FFD的节点具备控制器（Controller）的功能，能够提供数据交换，而RFD则只能传送数据给FFD或从FFD接收数据。

　　ZigBee协议套件紧凑且简单，具体实现的硬件需求很低，8位微处理器80c51即可满足要求，全功能协议软件需要32K字节的ROM，最小功能协议软件需求大约4K字节的ROM。 

 
4、基于ZigBee技术的应用

　　随着ZigBee规范的进一步完善，许多公司均在着手开发基于ZigBee的产品。采用ZigBee技术的无线网络应用领域有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与医疗护理、检测环境、监测、监察保鲜食品的运输过程及保质情况等等。其典型应用领域如下：

　　4.1　数字家庭领域

　　可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等。ZigBee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统和其它家电产品等，例如在灯泡中装置ZigBee模块，则人们要开灯，就不需要走到墙壁开关处，直接通过遥控便可开灯。当你打开电视机时，灯光会自动减弱；当电话铃响起时或你拿起话机准备打电话时，电视机会自动静音。通过ZigBee终端设备可以收集家庭各种信息，传送到中央控制设备，或是通过遥控达到远程控制的目的，提供家居生活自动化、网络化与智能化。韩国第三大移动手持设备制造商Curitel Communications公司已经开始研制世界上第一款Zigbee手机，该手机将可通过无线的方式将家中或是办公室内的个人电脑、家用设备和电动开关连接起来。这种手机融入了“Zigbee”技术，能够使手机用户在短距离内操纵电动开关和控制其他电子设备。

　　4.2　工业领域

　　通过ZigBee网络自动收集各种信息，并将信息回馈到系统进行数据处理与分析，以利工厂整体信息之掌握，例如火警的感测和通知，照明系统之感测，生产机台之流程控制等，都可由ZigBee网络提供相关信息，以达到工业与环境控制的目的。韩国的NURI Telecom在基于Atmel和Ember的平台上成功研发出基于ZigBee技术的自动抄表系统。该系统无需手动读取电表、天然气表及水表，从而为公用事业企业节省数百万美元，此项技术正在进行前期测试，很快将在美国市场上推出。

　　4.3　智能交通

　　如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有大量ZigBee终端设备，你就不再担心会迷路。安装在汽车里的器件将告诉你，你当前所处位置，正向何处去。全球定位系统（GPS）也能提供类似服务，但是这种新的分布式系统能够向你提供更精确更具体的信息。即使在GPS覆盖不到的楼内或隧道内，你仍能继续使用此系统。从ZigBee无线网络系统能够得到比GPS多很多的信息，如限速、街道是单行线还是双行线、前面每条街的交通情况或事故信息等。使用这种系统，也可以跟踪公共交通情况，你可以适时地赶上下一班车，而不至于在寒风中或烈日下在车站等上数十分钟。基于ZigBee技术的系统还可以开发出许多其他功能，例如在不同街道根据交通流量动态调节红绿灯，追踪超速的汽车或被盗的汽车等。

5、ZigBee发展现状及展望

　　为了推动ZigBee技术的发展，Chipcon（已被TI收购）与Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee联盟（ZigBee Alliance），目前该联盟已经包含130多家会员。该联盟主席Robert F.Haile曾于2004年11月亲自造访中国，以免专利费的方式吸引中国本地企业加入。据市场研究机构预测，低功耗、低成本的ZigBee技术将在未来两年内得到快速增长，2005年全球ZigBee器件的出货量将达到100万个，2006年底将超过8000万个，2008年将超过1.5亿个。这一预言正在从ZigBee联盟及其成员近期的一系列活动和进展中得到验证。在标准林立的短距离无线通信领域，ZigBee的快速发展可以说是有些令人始料不及的，从2004年底标准确立，到2005年底相关芯片及终端设备总共卖出1500亿美元，应该说比被业界“炒”了多年的蓝牙、Wi-Fi进展都要快。

　　ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。由于各方面的制约，ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。但是，我们还应该清楚的认识到，基于ZigBee技术的无线网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。

Super32-L30X 是一系列经济型RTU，它们集成了AI、DI、DO 等I/O 通道及RS232、RS485 等通信接口，部分型号具有以太网接口和电量采集功能。Super32-L30XZ 除具有Super32-L30X 的功能外还具有无线通信功能，可以和无线仪表或无线网关模块通信，组成低成本的数据传输系统。
       技术指标

利用现有的工具和套件已

经可以进行应用产品的开发。下面以 Motorola 的 ZigBee / 802.15.4 Evaluation Kit 为例，着重对开发方式加以

说明。

ZigBee / 802.15.4 Evaluation Kit 是一套 ZigBee 的评

估开发套件，它能帮助开发人员较快地掌握 ZigBee 系

统的开发方式。

4 .1 硬件部分

该评估套件包括 13192 - EVB 和 13192 - SARD 两

块印刷板。板上载有预先上传的显示程序，并允许用

户通过工具上传用户应用程序。

两 块 电 路 板 都 包 括 了 一 块 Freescale 的

MC908HCS08 GT60 MCU 和一块 Freescale MC13192 射频

芯片。MC908HCS08 GT60 是 HCS08 系列之一，是一款 8

位、低功耗、高性能的微处理器，内部包括60KB 的嵌入

式 Flash 和 4KB 的 RAM，其 Flash 的段大小为 512B。

MC13192 射频收发器是一个小型的无线电收发装

置，使用 2.4GHz ISM 波段，可以通过 SPI 接口同微处理

器进行通信，支持 IEEE802.15.4 标准的拓扑结构。如

果需要 Mesh 结构可以选用 MC13193。

4 .2 软件部分

包括简单应用的 SMAC 软件包和 CodeWarrior

TM

Development Studio。开发过程可以通过 CodeWarrior

TM

Development Studio 进行，简单方便。

开发前期可以通过提供的板载演示程序或简单应

用程序来熟悉 ZigBee 的具体内容；开发中期可以针对

某个简单任务开发自己的最小系统或简单系统；开发

后期可以尝试开发一些有一定难度的应用方案，也可

以针对某种仪表进行 ZigBee 无线解决方案的应用。

ZigBee 的特点

① 低功耗：由于 ZigBee 的传输速率低，发射功率

仅为 1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此 ZigBee

设备非常省电。据估算，ZigBee 设备仅靠两节 5 号电

池就可以维持长达 6 个月到 2 年左右的使用时间，这

是其它无线设备望尘莫及的。

② 成本低：ZigBee 模块的初始成本在 6 美元左

右，估计很快就能降到 1.5 ～ 2.5 美元，并且 ZigBee 协

议是免专利费的。低成本对于 ZigBee 也是一个关键的

因素。

③ 时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都

非常短，典型的搜索设备时延为 30ms，休眠激活的时

延是 15ms，活动设备信道接入的时延为 15ms。因此

ZigBee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工

业控制场合等）应用。

④ 网络容量大：一个星型结构的 ZigBee 网络最多

可以容纳 254 个从设备和一个主设备，而且网络组成

灵活。

⑤ 可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定

带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的

竞争和冲突。MAC 层采用了完全确认的数据传输模

式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

如果传输过程中出现问题可以进行重发。

⑥ 安全：ZigBee 提供了基于循环冗余校验（CRC）

的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了

AES - 128 的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全

属性。

6

ZigBee 技术是由一个企业之间的团体——ZigBee联盟(ZigBee Alliance)负责制定和推广。ZigBee 联盟由霍尼韦尔(Honeywell)、英维思

　　(Invensys)、三菱电气(Mitsubishi Electric)、三星(Samsung)、***、飞利浦(Philips)和Ember七家国际著名公司作为发起方，截至到2004 年11月该联盟所参加的企业成员已经超过100 家，均为在行业中有重大影响的企业。

　　ZigBee 技术建立在IEEE802.15.4 标准技术之上，IEEE802.15.4 是一个支持低功耗、低数据传输率的无线网络标准，主要是设计用来进行远程

　　监测与控制的应用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 标准得到了正式批准。IEEE802.15.4 是一个简单的但功能却十分强大的数据包协议，它通过

　　确认、错误检测、区分优先次序的通信、D S S S(Direct Sequence Spread Spectrum-直接序列扩频技术，它具有改变频率消除干扰的能力)和用

　　户选择安全等级等技术来提供无线通信的高可靠性。IEEE802.15.4 标准同样只规定了开放式系统互联参考模型中的物理层和介质访问子层，其中物理层定义了三个许可的频率波段，它们分别是2.4GHz(最高传输速率250kbps)、915MHz(最高传输速率40kbps)和868MHz(最高传输速率20kbps)。

　　ZigBee 技术在IEEE802.15.4 所定义的基础上又增加了网络层、安全层和应用轮廓层(Application Profiles)。ZigBee支持星型、网状和树簇状的网络拓扑结构。在每一个ZigBee 网络中最多可以拥有65535 个节点，每个节点的地址由ZigBee的网络协调节点(Network Coordinator)负

　　责分配。另外每个节点的传输范围在30～100m 之间，而且传输的距离还可以通过使用功率放大器和多跳网状网络结构得到延伸。

　　ZigBee 技术在楼宇自动化领域有广阔的发展和应用前景，首先ZigBee 技术是一项低成本、低功耗的无线解决方案，采用ZigBee 技术的无线传感器使用普通的干电池即可工作2 ～3 年的时间，而ZigBee 芯片的价格将在1～2 年时间内降低到2美元左右;其次ZigBee技术支持网状网络结构，这使得ZigBee 网络具有自组织、自修复的能力，提高了网络的可靠性;第三，ZigBee 网络支持数量众多的节点，这点对于大型的楼宇自动化系统中需要大量的传感器和控制器的场合是非常重要的。

ZigBee 技术分析

ZigBee 技术分析
ZigBee 技术是由一个企业之间的团体——ZigBee联盟(ZigBee Alliance)负责制定和推广。ZigBee 联盟由霍尼韦尔(Honeywell)、英维思
　　(Invensys)、三菱电气(Mitsubishi Electric)、三星(Samsung)、***、飞利浦(Philips)和Ember七家国际著名公司作为发起方，截至到2004 年11月该联盟所参加的企业成员已经超过100 家，均为在行业中有重大影响的企业。
　　ZigBee 技术建立在IEEE802.15.4 标准技术之上，IEEE802.15.4 是一个支持低功耗、低数据传输率的无线网络标准，主要是设计用来进行远程
　　监测与控制的应用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 标准得到了正式批准。IEEE802.15.4 是一个简单的但功能却十分强大的数据包协议，它通过确认、错误检测、区分优先次序的通信、D S S S(Direct Sequence Spread Spectrum-直接序列扩频技术，它具有改变频率消除干扰的能力)和用户选择安全等级等技术来提供无线通信的高可靠性。IEEE802.15.4 标准同样只规定了开放式系统互联参考模型中的物理层和介质访问子层，其中物理层定义了三个许可的频率波段，它们分别是2.4GHz(最高传输速率250kbps)、915MHz(最高传输速率40kbps)和868MHz(最高传输速率20kbps)。
ZigBee 技术在IEEE802.15.4 所定义的基础上又增加了网络层、安全层和应用轮廓层(Application Profiles)。ZigBee支持星型、网状和树簇状的网络拓扑结构。在每一个ZigBee 网络中最多可以拥有65535 个节点，每个节点的地址由ZigBee的网络协调节点(Network Coordinator)负责分配。另外每个节点的传输范围在30～100m 之间，而且传输的距离还可以通过使用功率放大器和多跳网状网络结构得到延伸。
　　ZigBee 技术在楼宇自动化领域有广阔的发展和应用前景，首先ZigBee 技术是一项低成本、低功耗的无线解决方案，采用ZigBee 技术的无线传感器使用普通的干电池即可工作2 ～3 年的时间，而ZigBee 芯片的价格将在1～2 年时间内降低到2美元左右;其次ZigBee技术支持网状网络结构，这使得ZigBee 网络具有自组织、自修复的能力，提高了网络的可靠性;第三，ZigBee 网络支持数量众多的节点，这点对于大型的楼宇自动化系统中需要大量的传感器和控制器的场合是非常重要的

ZigBee现状及前景分析

任何一项通信协议标准都离不开上游芯片厂商的支持和推动，ZigBee作为一项低功耗;低速率无线短距离传输应用的标准，自然也离不开芯片厂商的支持。从整个ZigBee产业联盟来看，主要的上游芯片供应商有五家，分别为Jennic;Ti(Chipcon);Frescale;Ember;Ateml。“芯片”实际上只是一个符合物理层标准的芯片，它只负责调制解调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。为了进一步减少OEM厂商的成本，部分上游芯片厂商推出了在单颗芯片上同时集成了物理层的收发和单片机功能的单Soc解决方案，单Soc把射频部分和单片机部分集成在了一起，不需要额外的一个单片机，它的好处是节约成本，简化设计电路。而且基本上每家芯片公司都免费提供了基于自家芯片的ZigBee协议栈，大大地加速了ZigBee的应用和普及。

　　随着ZigBee协议标准的逐步完善和物联网大环境的带动，整个ZigBee产业可以说是朝着越来越繁盛的趋势发展，在5大上游芯片厂商和ZigBee联盟的不断努力推动下，基于ZigBee应用层出不穷，并和我们的实际生活接轨，让人们的生活更加智能美好了!ZigBee芯片全球销售收入逐年递增，ABI统计和预测了从2005年至2012年全球芯片的销售收入。

　　ZigBee技术的应用十分广泛，现阶段以商业大楼自动化，家庭自动化控制(新建安装)与仪表控制为重点。商业大楼可以利用ZigBee完成自动控制，管理员可以有效地管理空调，灯光，火灾感应系统等各项开关控制系统，可以达到减少能源费用，降低管理人力等节约目的。对消费者来说，若家中具有ZigBee系统，可方便的监控家中的整体运作，有效掌握电力，自来水，瓦斯的使用状况之外，亦可以具有安全功能，例如可以在家中安装无线传感器来监控各种不同情况，一旦侦查到异状即可自动发出警告。ZigBee在仪表控制市场随着国际仪表巨头中国华立仪表集团;韩国NURI Telecom等纷纷开始引进ZigBee技术之仪表控制系统之后，这个市场开始受到重视。ZigBee仪表控制系统相当适合人工高昂，幅员辽阔，或是抄表员素质不良，抄表准确度不高，又或抄表员不易进入水，电，瓦斯仪表所在地的地方。具有这样背景的地方促使ZigBee仪表控制市场具有一定的需求。

　　虽然ZigBee应用越来越多，芯片出货量也连年递增，但总体来说，ZigBee市场仍然处于起步探索阶段，还没有真正上量起飞，主要表现在在于可应用的终端商用产品还多处于研发阶段，真正上市的不多，具有典型应用的方向和领域便少，点对点的应用较多，体现ZigBee优势的网状网络应用少，缺乏体现ZigBee大型组网应用。

　　虽然ZigBee在艰难中前进，但未来整个ZigBee产品还是值得我们期待，从技术标准层面上来看，未来ZigBee将紧密迎合物联网大概念方向趋势的发展，努力扮演好传输层界面上的角色，在ZigBee联盟的推动下，ZigBee技术将朝着开发SoC(片上系统)，更多规范，于IPV6结合，更廉价，更省电，更快速等方向发展。从应用领域和方向方面来看，ZigBee完全有机会开拓在目前大然的智能手机领域中的应用，目前智能手机领域里短距离数据传输主要是通过蓝牙方式来实现，但相比于蓝牙，ZigBee的低功耗更具有优势，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长，相比较，蓝牙能工作数周，WiFi只能工作数小时。同时，贵重设备的定位也是未来值得关注的一个大的潜在应用领域，加大在大型停车场，矿井人员定位等方面的应用。

　　作为离我们最近的中国市场，ZigBee产品的应用爆发可能需要的时间更长，中国的无线网络市场还未成熟，本土厂商的参与度还非常有限，未来ZigBee产业人士要加大无线自动抄表系统，车用无线领域等工业应用，便携设备等高端市场的应用。

　　综上所述，作为新兴的短距离无线通信技术，ZigBee产品将以各种各样的方式快步向我们走来，成为人类工作和生活中布可或缺的一部分。

ZigBee与其它短距离无线通信技术比较

近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大的提供了人们的工作效率和生活质量。然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，能否在近距离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观目前发展较成熟的几大无线通信技术主要有ZigBee;蓝牙(Bluetooth)，红外(IrDA)和无线局域网802.11(Wi-Fi)。同时还有一些具有发展潜力的近距离无线技术标准，它们分别是：超宽频(UltraWideBand)、短距离通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线139和专用无线系统等。它们都有各自立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求;或着眼于距离的扩充性;或符合某些单一应用的特殊要求;或建立竞争技术的差异优化等。 但没有一种技术完美到可以满足所有的要求。

　　蓝牙技术

　　蓝牙技术诞生于1994年，Ericsson当时决定开发一种低功耗、低成本的无线接口，以建立手机及其附件间的通信。能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。该技术还陆续获得PC行业业界巨头的支持。1998年，蓝牙技术协议由Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba等五家公司达成一致。蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝牙小组(SIG)负责开发。802.15.1的最初标准基于1.1实现，后者以构建到现行很多蓝牙设备中。新版802.15.1a基于等同于蓝牙1.2标准，具备一定的Qos特性，并完整保持后项兼容性。

　　但蓝牙技术遭遇最大的障碍在于传输范围受限，一般有效的范围在10米左右，抗干扰能力不强、信息安全问题等问题也是制约其进一步发展和大规模应用的主要因素。因此业内专家认为蓝牙的市场前景取决于蓝牙能否有效地解决上述制约难题。

　　IrDA技术

　　IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如：PDA、手机上广泛使用。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s速率传输数据，很快发展到4Mb/s以及16Mb/s的速率。

　　IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。

　　IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距问题及提高数据传输率。

　　Wi-Fi技术

　　Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。现时一般人会把Wi-Fi及IEEE 802.11混为一谈。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。

　　Wi-Fi工作频率也是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g 的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术。它工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准

　　Wi-Fi可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问Wi-Fi 网络的地方被称为热点。Wi-Fi 热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输- 一般覆盖300英尺。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约54Mb/s的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。 WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。

　　ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。

　　与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和 玩具等领域拓展ZigBee的应用。

　　与IrDA相比，ZigBee有大的网络容量，每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。 有效范围小。有效覆盖范围10～75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。 原文位置 工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。 根据ZigBee联盟目前的设想，ZigBee的目标市场主要有PC外设(鼠标、键盘、游戏操控杆)、消费类电子设备(TV、VCR、CD、 VCD、DVD等设备上的遥控装置)、家庭内智能控制(照明、煤气计量控制及报警等)、玩具(电子宠物)、医护(监视器和传感器)、工控(监视器、传感器和自动控制设备)等非常广阔的领域。

　　与Wi-Fi相比，ZigBee低功耗和低成本有非常大的优势，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。 因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。

市场健康发展需要开放统一标准以确保不同厂商产品间拥有良好互操作性。随着多家厂商推出基于ZigBee Light Link标准无线调光控制产品，使得ZigBee标准有望成为照明控制应用主流规范