Zigbee模塊目錄：技術說明，技術特點，應用實例，自組織網(wǎng)，標準制定，相關標準比較，發(fā)展前景，技術瓶頸。

一.Zigbee模塊技術說明：蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)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(tǒng)稱為ZigBee。

簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。

ZigBee是一個由可多到65535個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉(zhuǎn)任務的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。 [1] 

二.Zigbee模塊技術特點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的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：

(1) 低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)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(jù)估算，ZigBee設備僅靠兩節(jié)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, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態(tài)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技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。

(4) 網(wǎng)絡容量大： 一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡最多可以容納254

個從設備和一個主設備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡, 而且網(wǎng)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(yè)務預留了專用時隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。

(6) 安全： ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)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。

三.Zigbee模塊應用實例ZigBee  模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用ZigBee網(wǎng)絡為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級ZigBee方案，提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設計，最低功耗小于1mA；提供6路I/O，可實現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有3路I/O還可實現(xiàn)模擬量采集、脈沖計數(shù)等功能。該產(chǎn)品已廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的M2M行業(yè)，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業(yè)自動化、智能建筑、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務、煤礦、石化等領域。

1.Zigbee模塊應用設計如下：

1）.采用高性能工業(yè)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）

2.Zigbee模塊穩(wěn)定可靠：

1）.WDT看門狗設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定

2）.提供TTL串行接口，SPI接口。

3).天線接口防雷保護（可選）

3.Zigbee模塊標準易用

1).采用2.0的SMA與DIP接口，特別適合于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(shù)據(jù)模塊，上電即可進入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)

4).使用方便，靈活，多種工作模式選擇

5）.方便的系統(tǒng)配置和維護接口

6）.支持串口軟件升級和遠程維護

4.Zigbee模塊功能強大

1）.支持ZigBee無線短距離數(shù)據(jù)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(wǎng)絡

4）.網(wǎng)絡容量大：65535個節(jié)點

5）.節(jié)點類型靈活：中心節(jié)點、路由節(jié)點、終端節(jié)點可任意設置；

6）.發(fā)送模式靈活：廣播發(fā)送或目標地址發(fā)送模式可選

7）.通信距離大

8）.提供6路I/O，可實現(xiàn)6路數(shù)字量輸入輸出；兼容6路脈沖輸出、3路模擬量輸入、3路脈沖計數(shù)功能

四.Zigbee模塊，

ZigBee技術所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當一隊傘兵空降后，每人持有一個ZigBee網(wǎng)絡模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡。

而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡還會發(fā)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(lián)絡，對原有網(wǎng)絡進行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

通信原因

網(wǎng)狀網(wǎng)通信實際上就是多通道通信，在實際工業(yè)現(xiàn)場，由于各種原因，往往并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(xiàn)暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制而言則非常重要。

路由方式

所謂動態(tài)路由是指網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A先設定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡當時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)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(shù)據(jù)送達目的地為止。

在實際工業(yè)現(xiàn)場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

五.Zigbee，

ZigBee聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導體生產(chǎn)商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡應用規(guī)格。

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

ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點為制定網(wǎng)絡、安全和應用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣ZigBee品牌并爭取市場的關注；管理技術的發(fā)展。

六.Zigbee模塊標準制定

IEEE組織早在2003年就開始制定IEEE802.15.4標準并發(fā)布，2006年進行標準更新，最新針對智能電網(wǎng)應用制定了IEEE802.15.4g標準，針對工業(yè)控制應用制定了IEEE802.15.4e標準。IEEE802.15.4系列標準屬于物理層和MAC層標準，由于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(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡領域的事實標準，符合該標準的芯片已經(jīng)在各個行業(yè)得到廣泛應用。

ZigBee聯(lián)盟對ZigBee標準的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標準已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡層、加密層及應用描述層的制定也取得了較大的進展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應用領域及其相關的設備描述也會陸續(xù)發(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設備的基本節(jié)點的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達255個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)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(wǎng)絡的遠距離傳輸不會被其它節(jié)點獲得。

2001年8月，ZigBee Alliance成立

2004年,ZigBee V1.0誕生。它是zigbee的第一個規(guī)范.但由于推出倉促，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制能力；

2009年開始，zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan標準 ]  作為新一代智能電網(wǎng)Smart Energy（SEP 2.0）的標準，致力于形成全球統(tǒng)一的易于與互聯(lián)網(wǎng)集成的網(wǎng)絡，實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡通信。隨著美國及全球智能電網(wǎng)的大規(guī)模建設和應用，物聯(lián)網(wǎng)感知層技術標準 [5]  將逐漸由zigbee技術向IPv6 6Lowpan標準過渡。

七.Zigbee模塊相關標準比較

Zigbee是一種無線自組網(wǎng)技術標準，由Zigbee聯(lián)盟制定。近年來，IETF組織也針對物聯(lián)網(wǎng)制定了6Lowpan無線自組網(wǎng)技術體系，包括6Lowpan、IPv6、ROLL RPL組網(wǎng)路由、CoAP應用層標準，具有開放、免費、海量地址空間、與互聯(lián)網(wǎng)無縫集成等優(yōu)勢，受到越來越多的關注，并且被Zigbee IP（智能電網(wǎng)）、ETSI M2M、ISA100工業(yè)標準等采納，發(fā)展迅速，很可能成為物聯(lián)網(wǎng)領域的事實標準。因此有必要比較兩種技術標準：

八.Zigbee模塊發(fā)展前景

隨著我國物聯(lián)網(wǎng)正進入發(fā)展的快車道，ZigBee也正逐步被國內(nèi)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系統(tǒng)便采用的是ZigBee，ZigBee取代傳統(tǒng)的RFID考勤系統(tǒng)實現(xiàn)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，基于ZigBee網(wǎng)絡的無線定位技術可在療養(yǎng)院或老年社區(qū)內(nèi)實現(xiàn)全區(qū)實時定位及求助功能。由于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(jiān)控及救援問題得到解決，而且，使用簡單方便，可靠性高。

據(jù)中國電信副總工程師靳東濱介紹，預計到2015年國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到7500億元，年復合增長率超過30%。智慧城市建設成為運營商推進物聯(lián)網(wǎng)的重要落腳點。此外，工業(yè)和信息化部和財政部已設專項資金用以支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。據(jù)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(yè)內(nèi)人士預計未來10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)會大規(guī)模普及，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模將遠超互聯(lián)網(wǎng)。

九.Zigbee模塊技術瓶頸

成本：目前ZIGBEE芯片出貨量比較大的TI公司，芯片其成本均在2~3美金左右，再考慮到其他外圍器件和相關2.4G射頻器件，成本難以低于10美金，針對智能家居這種成本敏感而有需要大量節(jié)點的家用設備，其成本頗為尷尬。

通信穩(wěn)定性：目前國內(nèi)Zigbee技術主要采用ISM頻段中的2.5G頻率，其衍射能力弱，穿墻能力弱。家居環(huán)境中，即使是一扇門，一扇窗，一堵非承重墻，也會讓信號大打折扣。當然，有些廠家會使用射頻功放，對2.5G信號進行放大，但是這樣會造成額外的輻射污染，同時也和ZIGBEE低功耗，節(jié)能的初衷背道而馳。

自組網(wǎng)能力：Zigbee技術的主要特點是支持自組網(wǎng)能力強，自恢復能力強，因此，對于井下定位，停車場車位定位，室外溫濕度采集，污染采集等應用非常具有吸引力。然而，對于智能家居的應用場景中，開關，插座，窗簾的位置一旦固定，一直不變，自組網(wǎng)的優(yōu)點也就不復存在，但是自組網(wǎng)所耗費的時間和資源缺卻依舊高企。

ZigBee技術的安全性較高，其安全性源于其系統(tǒng)性的設計：采用AES加密(高級加密系統(tǒng))，嚴密程度相當于銀行卡加密技術的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個設備不僅能通過多個方向與網(wǎng)關通信，保障網(wǎng)絡的穩(wěn)定性;每個設備還具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通訊信息把無線距離傳到1000米以外。另外，其網(wǎng)絡容量理論節(jié)點為65300個，能夠滿足家庭網(wǎng)絡覆蓋需求，即便是智能小區(qū)、智能樓宇等只需要1個主機就能實現(xiàn)全面覆蓋;最后，ZigBee具備雙向通信的能力，不僅能發(fā)送命令到設備，同時設備也會把執(zhí)行狀態(tài)和相關數(shù)據(jù)反饋回來。此外，ZigBee采用了極低功耗設計，可以全電池供電，理論上一節(jié)電池能使用2年以上。