ZigBee技術

蜜蜂在發現花叢後會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術的命名。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術，統稱為ZigBee。

簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似於CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似於移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公裏，並且支持無限擴展。

ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平台，在整個網絡範圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是，ZigBee網絡主要是為工業現場自動化控製數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個ZigBee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的範圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。^[1] 

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的範圍內,但可以繼續增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：

(1) 低功耗: 由於ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。

(2) 成本低： ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5—2.5美元, 並且ZigBee協議是免專利費的。低成本對於ZigBee也是一個關鍵的因素。

(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用於對時延要求苛刻的無線控製(如工業控製場合等)應用。

(4) 網絡容量大： 一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備， 一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡, 而且網絡組成靈活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和衝突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式， 每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

(6) 安全： ZigBee提供了基於循環冗餘校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。

ZigBee^[2] 模塊是一種物聯網無線數據終端，利用ZigBee網絡為用戶提供無線數據傳輸功能。

該產品采用高性能的工業級ZigBee方案，提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設備，實現數據透明傳輸功能；低功耗設計，最低功耗小於1mA；提供6路I/O，可實現數字量輸入輸出、脈衝輸出；其中有3路I/O還可實現模擬量采集、脈衝計數等功能。

該產品已廣泛應用於物聯網產業鏈中的M2M行業，如智能電網、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業自動化、智能建築、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、農業、林業、水務、煤礦、石化等領域。

應用設計

1.采用高性能工業級ZigBee芯片

2.低功耗設計，支持多級休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗

3.電源輸入（DC 2.0～3.6V）

穩定可靠

1.WDT看門狗設計，保證係統穩定

2.提供TTL串行接口，SPI接口。

3.天線接口防雷保護（可選）

標準易用

1.采用2.0的SMA與DIP接口，特別適合於不同用戶的應用需求。

2.提供TTL接口可直接連相同電壓的TTL串口設備

3.智能型數據模塊，上電即可進入數據傳輸狀態

4.使用方便，靈活，多種工作模式選擇

5.方便的係統配置和維護接口

6.支持串口軟件升級和遠程維護

功能強大

1.支持ZigBee無線短距離數據傳輸功能

2.具備中繼路由和終端設備功能

3.支持點對點、點對多點、對等和Mesh網絡

4.網絡容量大：65000個節點

5.節點類型靈活：中心節點、路由節點、終端節點可任意設置；

6.發送模式靈活：廣播發送或目標地址發送模式可選

7.通信距離大

8.提供6路I/O，可實現6路數字量輸入輸出；兼容6路脈衝輸出、3路模擬量輸入、3路脈衝計數功能

ZigBee技術所采用的自組織網是怎麼回事？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當一隊傘兵空降後，每人持有一個ZigBee網絡模塊終端，降落到地麵後，隻要他們彼此間在網絡模塊的通信範圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的ZigBee網絡。而且，由於人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯絡，對原有網絡進行刷新。這就是自組織網。

網狀網通信實際上就是多通道通信，在實際工業現場，由於各種原因，往往並不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時中斷，此時由於我們有多個通道，車輛（相當於我們的控製數據）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業現場控製而言則非常重要。

所謂動態路由是指網絡中數據傳輸的路徑並不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網絡當時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關係以及遠近，然後選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。在我們的網絡管理軟件中，路徑的選擇使用的是“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點的通路進行傳輸，以此類推，直到數據送達目的地為止。在實際工業現場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過於繁忙不能進行及時傳送。動態路由結合網狀拓撲結構，就可以很好解決這個問題，從而保證數據的可靠傳輸。

ZigBee聯盟是一個高速成長的非盈利業界組織，成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。聯盟製定了基於IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網絡應用規格。

ZigBee聯盟的主要目標是以通過加入無線網絡功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產品。ZigBee技術能融入各類電子產品，應用範圍橫跨全球的民用、商用、公共事業以及工業等市場。使得聯盟會員可以利用ZigBee這個標準化無線網絡平台，設計出簡單、可靠、便宜又節省電力的各種產品來。

ZigBee聯盟所鎖定的焦點為製定網絡、安全和應用軟件層；提供不同產品的協調性及互通性測試規格；在世界各地推廣ZigBee品牌並爭取市場的關注；管理技術的發展。

IEEE組織早在2003年就開始製定IEEE802.15.4標準並發布，2006年進行標準更新，最新針對智能電網應用製定了IEEE802.15.4g標準，針對工業控製應用製定了IEEE802.15.4e標準。IEEE802.15.4係列標準屬於物理層和MAC層標準，由於IEEE組織在無線領域的影響力，以及TI、ST、Ember、Freescale、NXP等著名芯片廠商的推動，該標準已經成為無線傳感器網絡領域的事實標準，符合該標準的芯片已經在各個行業得到廣泛應用。

ZigBee聯盟對ZigBee標準的製定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數據鏈路層，標準已在2003年5月發布。ZigBee網絡層、加密層及應用描述層的製定也取得了較大的進展。V1.0版本已經發布。其他應用領域及其相關的設備描述也會陸續發布。由於ZigBee不僅隻是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此ZigBee聯盟對其網絡層協議和API進行了標準化。完全協議用於一次可直接連接到一個設備的基本節點的4K字節或者作為Hub或路由器的協調器的32K字節。每個協調器可連接多達255個節點，而幾個協調器則可形成一個網絡，對路由傳輸的數目則沒有限製。ZigBee聯盟還開發了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其它節點獲得。

2001年8月，ZigBee Alliance成立^[3] 。

2004年,ZigBee V1.0誕生。它是zigbee的第一個規範.但由於推出倉促，存在一些錯誤。

2006年，推出ZigBee 2006，比較完善；

2007年底，ZigBee PRO推出；

2009年3月，zigbee RF4CE推出，具備更強的靈活性和遠程控製能力；

2009年開始，zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan標準^[4] 作為新一代智能電網Smart Energy（SEP 2.0）的標準，致力於形成全球統一的易於與互聯網集成的網絡，實現端到端的網絡通信。隨著美國及全球智能電網的大規模建設和應用，物聯網感知層技術標準^[5] 將逐漸由zigbee技術向IPv6 6Lowpan標準過渡。

Zigbee是一種無線自組網技術標準，由Zigbee聯盟製定。近年來，IETF組織也針對物聯網製定了6Lowpan無線自組網技術體係，包括6Lowpan、IPv6、ROLL RPL組網路由、CoAP應用層標準，具有開放、免費、海量地址空間、與互聯網無縫集成等優勢，受到越來越多的關注，並且被Zigbee IP（智能電網）、ETSI M2M、ISA100工業標準等采納，發展迅速，很可能成為物聯網領域的事實標準。因此有必要比較兩種技術標準：

此外，國外的研究者也專門對6Lowpan和zigbee兩種技術進行詳細比較和分析，詳見：Zigbee VS 6Lowpan for Sensor Networks^[6] 。

隨著我國物聯網正進入發展的快車道，ZigBee也正逐步被國內越來越多的用戶接受。ZigBee技術也已在部分智能傳感器場景中進行了應用。如在北京地鐵9號線隧道施工過程中的考勤定位係統便采用的是ZigBee，ZigBee取代傳統的RFID考勤係統實現了無漏讀、方向判斷準確、定位軌跡準確和可查詢，提高了隧道安全施工的管理水平;在某些高檔的老年公寓中，基於ZigBee網絡的無線定位技術可在療養院或老年社區內實現全區實時定位及求助功能。由於每個老人都隨身攜一個移動報警器，遇到險情時，可以及時的按下求助按鈕不但使老人在戶外活動時的安全監控及救援問題得到解決，而且，使用簡單方便，可靠性高。

據中國電信副總工程師靳東濱介紹，預計到2015年國內物聯網市場規模將達到7500億元，年複合增長率超過30%。智慧城市建設成為運營商推進物聯網的重要落腳點。此外，工業和信息化部和財政部已設專項資金用以支持物聯網發展。據悉，2013年投入的專項資金支持預算較2012年有所增長，將超5億元。業內人士預計未來10年內物聯網會大規模普及，其產業規模將遠超互聯網