zigbee技术应用(二):技术知识分析篇

　　Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,本内容首先介绍了Zigbee的基础知识与技术要点，然后分析了Zigbee技术与蓝牙技术、WIFI、Z-Wave等短距离通信技术的分析与比较。
一、Zigbee基础知识

　　Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作"HomeRF Lite"或"FireFly"无线技术，主要用于近距离无线连接。

　　Zigbee的基础是IEEE802.15.4(如下图1所示)，这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。

　　Zigbee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。

　　Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分:

　　数据传输速率低:只有10k字节/秒到250k字节/秒，专注于低传输应用;

　　功耗低:在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;

　　成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且Zigbee协议免收专利费。

　　时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;

　　安全:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性;

　　网络容量大: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;

　　优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。ZigBee设备实际上具有无线网路自愈能力,能简单地覆盖广阔围;

　　有效范围小:有效覆盖范围10～75米之间，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;

　　工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。

　　更重要的是，预测未来6到7年内，家庭用户将占有Zigbee2/3的市场。在可以预期的将来，Zigbee无线传感将切实改变你我的生活。

　　二、ZigBee上游芯片厂商

　　目前市场上ZigBee芯片提供商有：TI(Chipcon);Freescale;Ember;Jennic;Atmel;Integration;NEC;OkI;Renesas; 等9家。其中TI;Frescale;Ember;Jennic是市场上主导的供应厂商，这四大厂商基本上垄断了整个90%的市场份额。四大巨头势力都比较均衡，Jennic之前在整体实力和名气上可能稍有欠缺，但自从被NXP收购后，至少在行业影响力方面可以和其它三家的竞争对手平分秋色了。

　　具体针对国内市场，由于整个ZigBee产业在国内相比于欧美市场有比较明显的差距，缺少上规模和有实质用量的应用，更多的还是停留在关注和学习阶段。因此这四大巨头在国内市场份额就体现出了一定的差异。从熟知度来说，应该是TI序列的芯片名气是最大的，国内不少高校;研究所都是基于TI序列的芯片来研究学习ZigBee的，很多ZigBee开发板;开发套件也都是基于TI芯片的，这可能与TI公司是最先免费提供自己ZigBee协议栈有一定的关系，降低了国内用户学习ZigBee技术的成本门槛。而像Frescale; Ember等公司由于一直还没有免费公布自己的ZigBee协议栈，其开发套件成本都在几W人民币，过高的学习费用门槛，导致普通学生或者工程师用户望尘莫及，因此在知名度方面要稍有逊色。但纵观国内ZigBee OEM客户厂商，真正有一定规模应用和影响力的厂商在选择应用芯片方案平台时，TI并没有体现出和知名度相匹配匹配的优势出来，四大巨头之间的竞争又趋于平衡。从国内行情来分析，基于Frescal和Ember两家公司方案在工业类的应用偏多，而TI和jennic两家的方案产品在消费类产品中较常见。这不知道是否和芯片的内在因素有一定的必然关系?值得我们后面继续关注比较。

　　 三、ZigBee同wifi、蓝牙、Z-Wave这些短距离通信的分析与比较

　　1、　Zigbee和Wi-Fi的干扰和共存

　　Zigbee 和Wi-Fi 的主要特性比较

　　低速率、低功耗的Zigbee 有着特定的应用空间，是Wi-Fi的有效补充，两者的主要性能参数如表1 所示。

　　表1 Zigbee 和Wi-Fi 的主要特性

　　干扰分析

　　背景

Zigbee