ZigBee在家庭自动化领域面临Z-Wave的挑战

近几年，随着面向家庭控制及自动化的短距离无线技术的发展，家庭控制智能化所带来的机遇正开始成为现实。在已出现的各种短距离无线通信技术中，ZigBee凭借领先的技术和性能水平成为这一新兴市场上的佼佼者。不过，目前该市场出现了另一个强有力的竞争者：Z-Wave！尽管ZigBee技术的传输速率更快，可容纳的节点数更多，开放性更强；但Z-Wave似乎结构更简单、成本更低、接收灵敏度更高，其竞争实力不容小觑。

作为一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传输技术，ZigBee可满足远程监视、控制和传感器网络应用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特点，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz，其中2.4GHz是一个全球通用的ISM频率。随着技术的成熟和多家相关设备厂商的加盟，ZigBee在家庭自动化领域的应用已经起步。

Z-Wave的主要工作频段有两个，一个是868.42MHz(欧洲)，另一个则是908.42MHz(美国)。作为ZigBee的有力竞争者，该技术近年来在家庭自动化领域发展迅速，商用化程度较高，目前已在该市场占据主要份额。Z-Wave技术的开发商Zensys于2005年推出了面向Z-Wave通信的ZW0201芯片，到目前为止共有上百种基于Z-Wave技术的产品面市，主要用于照明控制、传感器、HVAC控制、家电控制、安防等领域。

对传输速率进行比较，ZigBee工作在20至250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，可满足低速率传输数据的应用需求。而Z-Wave的传输速率更低，只有40kbps。实际上监控和控制应用等并不需要太高的传输速率，所以Z-Wave已足以应对家庭市场的需要。不过，飞思卡尔(Freescale)的商用无线系统运营经理Brett Black持有另一种观点，他认为，ZigBee的更高数据速率有助于进一步改善应用(特别是电池供电方案)中的功耗问题。
Z-Wave始终专注于家庭控制应用市场，在这一点上，它比ZigBee的应用领域更加明确，结构也更简单。ZigBee技术最初是定位于建筑自动化及工业控制应用，近年来才开始进军家用市场。由于ZigBee面向的是多种应用，这意味着包含更多的协议，需要占用更多的内存，所以成本可能要更高一些。据Zensys公司称，Z-Wave的设计成本仅相当于ZigBee的一半左右。但Z-Wave并不适合带宽密集应用，例如音频/视频传输。其带宽可以根据设计的具体应用进行定制，因此每节点成本也取决于具体应用。该技术采用创新的协议处理技术替代昂贵的硬件实现，以提供合适的价位点。与此同时，ZigBee阵营也开始对低端市场发力，据德州仪器(TI)低功耗无线产品部亚太区销售总监Edmond Chiu透露，TI明年将会有一款低成本产品上市。

这两种技术在功耗方面均有不俗表现，低耗电待机模式下，ZigBee系统用两节普通5号干电池可支持1个节点工作6至24个月，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。而Z-Wave的轻量级协议和简单结构有助于保持更低的功耗，其单芯片解决方案可以为电池驱动设备(如温度调节器和传感器)提供先进的省电模式。

ZigBee和Z-Wave典型工作特性对比 家用设备种类繁多，并且很可能由不同的厂商制造，因而互操作性成为两种技术着重强调的性能之一。今年初，ZigBee联盟宣布将开始为ZigBee产品提供"ZigBee认证"标签，以保证产品完全互用，并易用于ZigBee网络。"产品的互操作性不仅使其使用方便，而且在商用的过程中能创造互动商机，"Edmond Chiu坦言。他还表示，任何构建于TI ZigBee兼容平台上的产品，都可以实现完全兼容。同样，凭借Z-Wave协议，各种不同类型的Z-Wave产品也可实现良好的兼容性。Zensys公司亚太区总监Andy Wang指出，"任何厂商生产的Z-Wave产品，都可以与其它厂商采用Z-Wave技术生产的产品兼容"。也就是说，所有基于Z-Wave技术的产品均可以互通互用，从而便于实现产品的市场化和多元化。 无线系统大都受距离和可靠性的限制，因此以往大部分控制系统需要有线连接来确保对整幢建筑的覆盖。Z-Wave可支持网状网络拓扑，其多点对多点的连接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆盖范围。该技术中集成的动态路由机制实现了虚拟的无限制信号传输范围，每个Z-Wave设备都可以将信号从一个设备重传至另一个，从而保证高度可靠的传输覆盖整个家庭范围。而ZigBee更可支持网状、星型和簇状网络拓扑。ZigBee的传输范围一般在10～100m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。当然，这一数字指的是相邻节点间的距离，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离还可以更远。并且，如果某个节点传送失败，信息仍能够通过网络中的其它路径被传送出去，提高了通信的可靠性。 无线通信还有一个困扰所有用户的问题，这就是数据安全性。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。目前的Z-Wave产品尚未提供此类功能。 在通信领域，技术开放性和互通性无疑是一个非常重要的衡量指标。ZigBee技术凭借与IEEE 802.15.4小组的成功合作，将极有可能在今后的发展和推广中占据有利地位。这样，在商用化的过程中，不同厂商生产的ZigBee产品可以依据同一个标准方便地实现互联互通，从而缩短产品的上市时间。反观Z-Wave阵营在这方面却有较大差距。虽然Z-Wave也在积极加入国际标准化组织，并于2005年组建了Z-Wave联盟，到现在共有超过125家业界领先公司加入，包括Leviton、Wayne Dalton、Logitech、Cisco等公司。但从全球范围来看，Z-Wave的市场号召力仍远不如ZigBee。 另一方面，ZigBee背后有像Freescale、TI、Atmel、Ember等众多优秀芯片供应商的支持，从而有可能在未来很短的时间内大幅降低产品成本；而目前可提供Z-Wave芯片的开发商只有Zensys一家公司，这使得OEM面临着单一供应商的局面，产品量产后的供货情况和成本都让人有些心存疑虑。对此，Zensys公司充满信心，"基于Z-Wave的产品是经过市场验证的成熟产品"，Andy Wang强调，他还表示如果必要的话，将不排除为第三方开发商提供技术授权的可能。随着Z-Wave技术的不断成熟，我们可以预期，Z-Wave和ZigBee将在家庭无线控制领域展开一场激烈的角逐。