1、作為一種新興的低功耗、低速率、低成本、高可靠且架構簡單的短距離無線網絡 通信技術，ZigBee成為目前嵌入式應用的一大熱點，并被列為當今世界發展速 度最快、市場前景最為闊的十大最新技術之一， 也因此引起了我國政府及一些企 事業單位的熱切關注和積極參與，產業化趨勢已經顯形。1. ZigBee 技術概述ZigBee技術是一種介于無線標記技術和 Bluetooth(藍牙)之間的技術提案，是 由ZigBee聯盟(Allianee)所主導的，以國際電子電機工程協會(IEEE)無線個人區 域網(LRWPAN)工作組的一項無線標準 IEEE 802.15.4為基礎的，滿足低速無 線傳感器網絡應用需求的首個完

2、整的標準化安全協議棧。IEEE 802.15.4是 2003年發布的低速率無線個人區域網標準，它采用直接序 列擴頻(DSSS技術，定義了 2個物理層標準：2.4GHz和868/915MHz(均為免執 照頻段)。2.4GHz物理層通過采用高階調制技術能夠提供 250kb/s的傳輸速率， 有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。 868MHz是歐洲的ISM頻段，915MHz是美國的ISM頻段，這2個頻段的引入 避免了 2.4GHz附近各種無線通信設備的相互干擾，而且這 2個頻段上無線信號 傳播損耗較小 , 因此可以降低對接收機靈敏度的要求 , 獲得較遠的有效通信距離

3、并可用較少的設備覆蓋指定的區域。ZigBee標準于2004年12月通過，它在IEEE 802.15.4標準上又定義了 ZigBee 堆棧層：網絡層、應用層和安全服務提供層。 ZigBee 聯盟同時也制定了互操作 性和兼容性測試和認證規范，以保證不同ZigBee供應商之間的互操作性。因此， ZigBee 不僅具有 IEEE 802.15.4強有力的無線物理層規定的全部優點：省電、簡 單、成本低，同時又增加了邏輯網絡、網絡安全性和應用架構，是一個全方位的、 具備 ZigBee 聯盟提供的多種應用的不同描述的協議。Zigbee可以構建一個由多達數萬個無線數據傳輸模塊組成的無線數傳網絡 平臺，每個模塊

4、類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，實現相互間通信； 每個網絡節點間的距離可以從標準的 75米擴展到幾百米，甚至幾千米；整個 Zigbee網絡還可以與現有的其他各種網絡連接。與移動通信網絡主要用于語音通信的特點不同，Zigbee網絡主要是為自動化 控制數據傳輸而建立的，并能有效解決移動網覆蓋的盲區問題。ZigBee 技術具有低速率、低功耗、低成本、近距離傳輸、短時延、大容量、 網絡自組織和自愈能力強、通信可靠、數據安全、工作頻段靈活、互操作性強等 特點。正是這些全新的特點，使 Zigbee不僅能向終端消費者提供價格低廉、操 作簡單的無線網絡應用產品，同時也為產品開發商提供了低開發成本、

5、高開發效 率的一站式解決方案。2. ZigBee 網絡結構和設備類型Zigbee支持3種靜態和動態的自組織無線網絡拓撲結構：星 (Star)型、網格 (Mesh)型和集群樹(Cluster tree型。這3種結構可以組成簡單至復雜的任何網絡， 實現大局域網絡覆蓋和可擴展網絡，避免單點故障。其中Mesh 型(也稱網狀網 )結構具有很強的網絡健壯 (自愈)性和系統可靠性，在自組網和選擇網絡路徑時更 加靈活、自由，非常適合傳感器網絡的要求，也因此更加受到業界的青睞。IEEE802.15.4定義了 2種設備類型：全功能設備(FFD)和縮減功能設備 (RFD)。在ZigBee系統中，這2類設備指的是物理

6、設備類型，并在此基礎上增加 了 1種邏輯設備。在ZigBee網絡中，1個節點可以有3種角色：ZigBee協調器(ZC)、Zigbee 路由器(ZR)和ZigBee終端設備(ZED)。這3種角色即為ZigBee的邏輯設備類型。 FFD 可以支持任何一種拓撲結構，可以作為網絡協調器和普通協調器，可以與 RFD 或其他 FFD 通信。但 RFD 只支持星型結構，只能與 FFD 通信,不能成為任 何協調器。FFD可以用來實現ZigBee的3種邏輯設備類型，但RFD只能充當終 端設備。3. ZigBee 聯盟的作用ZigBee 聯盟成立于 2001年 8月，最初有 7家發起企業： Emer、 Honey

7、well、 Invensys、三菱、摩托羅拉、三星和飛利浦。如今該聯盟已有 200多家成員公司， 遍及全球 26個國家和地區，形成了包含芯片制造商、軟件開發者、終端制造商 以及服務提供商等在內的一條完整的產業鏈。其中， OEM 廠商和終端產品制造 商在成員中占據 37%的比例。這些成員在合作精神下協同工作，貢獻了很多資源 進行標準的修訂工作。ZigBee成員分為Promoter(促進者)、Participant(參與者)和Adopter(應用者) 三個層次。其中促進者可獲得理事會席位，應用者只能得到最終通過的文書，參 與者可以參與細則的制訂、技術委員會候選人資格和參加研發工作等 21項權益。

8、2006年 6月, 施耐德電氣、 意法半導體以及我國華為技術公司以促進者的身份 加入了理事會。ZigBee 聯盟的主要目標是制訂一個可靠、高性價比、低功耗無線智能網絡 和監控產品的全球性開放標準，并最終推動在市場上出現帶互通性的兼容產品。ZigBee 聯盟對不同類別的公司有不同的要求：ZigBee協議棧供應商：ZigBee聯盟不對協議棧級的兼容性進行測試，僅 在平臺或產品級執行測試。如果一家軟件協議棧公司希望銷售基于 ZigBee 標準 的協議棧，其必須是一名聯盟成員。如果希望開發免費使用的協議棧，那么就不 要求是聯盟成員。(2) ZigBee功能芯片供應商：如果要成為芯片級 ZigBee兼容

9、平臺(ZCP)供應 商，就需要是應用者或參與者。目前，全球已有 13家具備ZigBee兼容平臺的供 應商。(3) ZigBee 工具供應商：對工具供應商成為成員與否沒有要求，除非其直接 將 ZigBee 并入其產品中作為該工具的一部分。(4) ZigBee 模塊供應商：模塊供應商需要是聯盟成員。假設他們采用已經認 證的 ZCP 芯片組和協議棧解決方案，那么測試與上面的 (3)類相似。否則，將被 歸入到(2)類中。(5) 將模塊加入終端產品中的開發商。這一類型的機構必須是成員，可以是 應用者或參與者。如果希望在其產品上使用標識，他們就必須獲得 ZigBee 產品 認證。(6) 將完備的ZigBe

10、e成果集成到產品中的開發商：如果其被包含在該產品中， 那么這一情形與(5)項同樣處理。如果其已經是一款 ZigBee認證產品，并且可以 作為配件獨立包裝并被最終用戶插入到 PCI插槽、USB端口或其它I/O中，那么 不要求其成為成員或者要求額外的測試。4 ZigBee 與其他無線網絡標準的比較目前，市場上無線網絡技術除了 Zigbee外，主要有Wi-Fi(無線保真)、 Bluetooth(藍牙)和NFC(近場通信)等。一些大公司為開拓市場和應用領域，也在 積極研究和制定一些新的無線組網通信技術標準，如UWB(超寬帶)、Z-Wave等。 這些技術在很大程度上是互補的，其不同之處或基于傳輸速度、距

11、離、耗電量的 特殊需要，或著眼于功能的擴充性，或符合某些單一應用場景的需要，或滿足競 爭技術的差異化等。Bluetooth和Wi-Fi 一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線通信技 術。它們擁有非常大的無線技術容量，但并不像 ZigBee 一樣是以監控為明確目 標的無線傳感器網絡應用標準。Bluetooth技術已高度成熟，具有多種規范，并 能提供PAN ad-hoc（非網狀結構）聯網能力，現已廣泛應用于局域網絡中各類數據 及語音設備，如PC、撥號網絡、筆記本電腦、打印機、傳真機、數碼相機、移 動電話和高品質耳機等。 Wi-Fi技術使用開放的2.4GHz附近的頻段，最大覆蓋 范圍為100m

12、。一般來說，帶有這個標志的產品表明可以利用它們方便地組建一 個無線局域網。Wi-Fi目前有3個使用標準：IEEE802.11a/b/g，最高數傳率為 54Mb/s。尚在孕育并值得期待的802.11n標準數傳率將達到150600Mb/s。但 是 Wi-Fi 收發器的功耗較大，集成到 Mesh 網絡比較困難，且價格也較高。UWB 原屬軍方專用技術， 2002年2月美國聯邦通信委員會正式將其解禁。UWB 直被看作是Bluetooth技術的替代品，其數傳率達到 100480Mb/s，但 覆蓋距離很短不超過10m0 UWB已有芯片和模組產品，但沒有網狀網組網能力。上述標準中最具可比性的是 Bluetoo

13、th和ZigBee技術。ZigBee源于Bluetooth， 但比后者更簡單，速率更慢，功率及費用也更低，且大多數時間處于睡眠模式， 更加適用于那些不需要實時傳輸或連續更新的場合， 如工業控制和監控領域。而 且ZigBee是當前唯一面向無線傳感器網絡的技術標準，其網狀網組網能力使其 應用范圍可伸延至數百、甚至數千米的廣泛區域，而Bluetooth則只為10100m范圍內的短程網絡而設。就制造成本而言， ZigBee芯片現在遠比Bluetooth芯片 便宜。作為ZigBee的有力競爭者，Z-wave技術近年來在家庭自動化領域發展迅速， 商品化程度較高。Z-Wave的主要工作頻段有2個：868.4

14、2MHz（歐洲）和 908.42MHz（美國）。Z-wave技術的開發商 Zensys于2005年推出了面向Z-wave 通信的ZW0201芯片，到目前為止共有上百種基于 Z-wave的產品面市，主要用 于照明控制、傳感器、 HVAC 控制、家電控制、安防等領域。相對于現有的各種無線通信技術，ZigBee將是功耗和成本最低的技術，并 且能夠用于Bluetooth、Wi-Fi、UWB、GPRS以及其他無線技術不能覆蓋的大部 分應用領域。生產商最終可以利用 ZigBee這個標準化無線網絡平臺，設計出簡 單、可靠、便宜又節能的各種電子產品。5 ZigBee 技術發展現狀5.1 標準和技術現狀5.1.

15、1 ZigBee 推出增強版標準，控制與安全性均有提升。ZigBee最初版本的標準在 2004年12月推出，其增強版ZigBee 2006標準也 已經完成， 2007年第一季度對外公布。 2006版標準安全級別更高，跳頻也得到 改進，在家庭和商業控制領域具有優勢，尤其是減少了功率消費。但 2006版標 準包括一些有別于 2004年首版規范的重大變化，這意味著兩種版本互不兼容， 可能會給那些已經將產品上市的公司帶來麻煩。據稱，基于 ZigBee 2006標準， OEM 廠商可以利用各種控制、便利和能量 管理工具。5.1.2 集成 ZigBee/IEEE 802.15.4 解決方案。ZigBee及

16、IEEE 802.15.4標準提供了一套完整的解決方案，可以滿足無線家 庭網絡以及工業、商業監控應用的系統設計人員所面臨的獨特要求。 不過，成功 地集成 ZigBee 技術還存在許多需要密切關注的問題。面向ZigBee網絡傳感器節點的硬件平臺一般都有微控制器與RF收發器這兩個芯片，另外還需要電源電路、傳感器、天線及電源等。也可添加RF功率放大器來增加其覆蓋范圍。為確保 ZigBee 平臺設計獲得成功，必須認真選擇這些 因素。建議下一步在片上系統(SoC)中集成收發器與微控制器，從而降低成本并 減少平臺尺寸。此外，通過在手機上集成Zigbee芯片，可將手機作為Zigbee傳感器網絡的 網關，實現

17、對智能家庭的自動化控制、進行移動商務 (利用手機購物 )等諸多功能。 據BobHeile介紹，目前意大利TIM移動公司已經推出了基于Zigbee技術的Z-sim 卡，用于移動電話與電視機頂盒、計算機、家用電器之間的通信及停車場收費等。為成功開發可滿足典型節點要求的系統架構，美國德州儀器(TI)公司正致力于在符合IEEE 802.15.4標準的收發器與微控制器、ZigBee協議棧以及應用軟 件之間實現緊密的集成。5.1.3 ZigBee 認證日益重要。隨著 ZigBee 協議為越來越多的工業和商業用戶所采用，認證對廠商和客戶 變得至關重要。到目前為止，OEM廠商可以從13種ZigBee認證平臺中

18、選擇適 合的產品開發技術。ZigBee聯盟目前已經授權2家試驗室進行測試，即獨立測試服務提供商美 國國家技術服務公司 (National Technical Services, Inc.， NTS0 和德國萊茵集團 (T u V Rheinland Group。ZigBee聯盟不會促銷未認證產品，并且該產品不可以 使用 ZigBee 名稱和標識。5.1.4 芯片技術較成熟但競爭激烈。Zigbee芯片是ZigBee產業鏈上發展最為成熟的一環，從 2004年底ZigBee 聯盟正式提出標準以來，ZigBee芯片廠開始推出符合ZigBee標準的芯片，如 Atmel 的 AT86RF210(868MH

19、z/915MHz)、Freescale(飛思卡爾)的 MC13192、ST 的SN260、TI(德州儀器)的CC2420。但體積、耗電量及成本等因素是 ZigBee技 術運用在無線網絡成功與否的關鍵因素，因此 ZigBee 芯片商開始整合微控制器 及RF傳輸芯片，開發出整合型單芯片，如 CC2430、EM250、EM260、JN5139、 MC13214，同時為了兼顧全球的市場、新一代的傳輸頻率都集中在2.4GHz，競爭非常激烈。在2006年9月，根據“創新”和“執行”等重要參數對 ZigBee供應商進行 了評估， 在ABI Research發布的IEEE 802.15.4(Zigbee)芯片

20、供應商排名表上， TI位列芯片供應商榜首，Ember公司和Oki Semic on ductor排在第二和第三位。5.2 產業現狀盡管zigbee技術本身還處在逐步完善的發展階段，但其低成本、低功耗和 易部署的技術特點為它的應用和推廣打下了良好基礎。目前，ZigBee技術已經作為模塊解決方案和系統級封裝投入大規模生產，許多廠商包括松下、 LS Research Maxstream和DLP的模塊解決方案都已批量上市。在Zigbee產業鏈上游微控制器、射頻收發器組件部分，Freescale、TI、Atmel、 Microchip、Silicon Labs、Chipcon、Ember、CompX、J

21、ennie、達盛電子等廠商皆已推出相關解決方案；已開發出 ZigBee 協議堆棧的廠商則有 Figure 8 Wireless、 AirBee、Ember、Helicomm（赫立訊）等；在 ZigBee 模塊部分，華寶通訊、Helicomm、 MaxStream、Silicon Labs、Chipcon、Shinko、松下等廠商皆有相關產品； 在 ZigBee 網關器部分，華寶、諾基亞及易利信等廠商投入GSM/UMTS結合ZigBee技術的網關器開發。再往下游，許多 ZigBee 應用產品已紛紛出現，業者積極推出各 種解決方案及相關產品，但仍然沒有殺手級的應用出現， ZigBee 市場還處于導

22、 入期。ZigBee在有源RFID應用中的重要性正日益凸顯，美國 Helicomm（赫立訊） 公司已經開始于美國一家煤礦設備公司合作，將 ZigBee 無線定位方案從自動抄 表、監測、車輛管理等應用拓展到煤礦行業的礦井定位中。我國華為公司是ZigBee聯盟13個理事成員之一，目前正與意大利電信合作， 在為其提供的終端 SIM 卡中置入 ZigBee 技術，從而可以使運營商能夠為用戶提 供更多的增值業務，如手機購物、手機遙控等功能，這大大增強了運營商的業務 提供能力和競爭實力。華為也正在將 ZigBee 用于機頂盒和 DSL Modem 中。5.3 應用現狀作為全球開放的無線通信標準，只要有用上

23、單片機的市場，就會有用到Zigbee的機會。其應用領域可以橫跨全球民用、軍用、商用、公用及工業用等各 個市場。尤其是在那些存儲空間有限并追求成本效益的短距離無線通信和自動控 制領域， ZigBee 有著廣泛的應用前景。ZigBee 技術典型的傳輸數據類型有周期性數據 （如傳感器數據 ）、間歇性數據 （如照明控制 ）和重復性低反應時間數據 （如鼠標）。其出發點是希望能發展一種易 布建的低成本無線網絡，并使產品的電池能維持 6個月到數年的時間。根據 ZigBee聯盟的設想，它的應用目標主要針對工業控制（如自動控制設備、無線傳感器網絡） 、醫護（如監視和傳感 ）、家庭智能控制 （如照明、水電氣計量及報警 ）、 消費類電子設備的遙控裝置、PC外設的無線連接，以及軍事（戰場監視、機器人 控制、單兵綜合作戰系統 ）等領域。在產品發展的初期，將以工業或企業市場的 傳感器網絡為主， 并逐漸將市場拓展至家庭中的數字化和便攜性應用。有報道 預測，未來67年內，家庭用戶將占有2/3的