Zigbee模塊目錄：技術(shù)說明，技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用實(shí)例，自組織網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)制定，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，發(fā)展前景，技術(shù)瓶頸。

一.Zigbee模塊技術(shù)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(dá)信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術(shù)，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(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)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(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)。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(luò)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接。 [1] 

二.Zigbee模塊技術(shù)特點(diǎn)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(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)：

(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(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設(shè)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(jì)很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對于ZigBee也是一個關(guān)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(shè)備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設(shè)備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術(shù)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(yīng)用。

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

個從設(shè)備和一個主設(shè)備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)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(wù)預(yù)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(rèn)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(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。

(6) 安全： ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

三.Zigbee模塊應(yīng)用實(shí)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(luò)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設(shè)計(jì)，最低功耗小于1mA；提供6路I/O，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有3路I/O還可實(shí)現(xiàn)模擬量采集、脈沖計(jì)數(shù)等功能。該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)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(yīng)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(hù)、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、煤礦、石化等領(lǐng)域。

1.Zigbee模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)如下：

1）.采用高性能工業(yè)級ZigBee芯片

2）低功耗設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，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(hù)（可選）

3.Zigbee模塊標(biāo)準(zhǔn)易用

1).采用2.0的SMA與DIP接口，特別適合于不同用戶的應(yīng)用需求。

2).提供TTL接口可直接連相同電壓的TTL串口設(shè)備

3).智能型數(shù)據(jù)模塊，上電即可進(jìn)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(hù)接口

6）.支持串口軟件升級和遠(yuǎn)程維護(hù)

4.Zigbee模塊功能強(qiáng)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(shè)備功能

3）.支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、對等和Mesh網(wǎng)絡(luò)

4）.網(wǎng)絡(luò)容量大：65535個節(jié)點(diǎn)

5）.節(jié)點(diǎn)類型靈活：中心節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)可任意設(shè)置；

6）.發(fā)送模式靈活：廣播發(fā)送或目標(biāo)地址發(fā)送模式可選

7）.通信距離大

8）.提供6路I/O，可實(shí)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(jì)數(shù)功能

四.Zigbee模塊，

ZigBee技術(shù)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(dāng)一隊(duì)傘兵空降后，每人持有一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)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(luò)。

而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡(luò)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(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

通信原因

網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)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?yàn)檐嚨?，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(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)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(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的通路進(jìn)行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。

在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場，預(yù)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(jìn)行及時傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(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(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)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(luò)應(yīng)用規(guī)格。

ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計(jì)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(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)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(guān)注；管理技術(shù)的發(fā)展。

六.Zigbee模塊標(biāo)準(zhǔn)制定

IEEE組織早在2003年就開始制定IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)布，2006年進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)更新，最新針對智能電網(wǎng)應(yīng)用制定了IEEE802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)，針對工業(yè)控制應(yīng)用制定了IEEE802.15.4e標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4系列標(biāo)準(zhǔn)屬于物理層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)，由于IEEE組織在無線領(lǐng)域的影響力，以及TI、ST、Ember、Freescale、NXP等著名芯片廠商的推動，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，符合該標(biāo)準(zhǔn)的芯片已經(jīng)在各個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

ZigBee聯(lián)盟對ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)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(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)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(dá)255個節(jié)點(diǎn)，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，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(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)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(qiáng)的靈活性和遠(yuǎn)程控制能力；

2009年開始，zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan標(biāo)準(zhǔn) ]  作為新一代智能電網(wǎng)Smart Energy（SEP 2.0）的標(biāo)準(zhǔn)，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(luò)，實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)通信。隨著美國及全球智能電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [5]  將逐漸由zigbee技術(shù)向IPv6 6Lowpan標(biāo)準(zhǔn)過渡。

七.Zigbee模塊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較

Zigbee是一種無線自組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)體系，包括6Lowpan、IPv6、ROLL RPL組網(wǎng)路由、CoAP應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，具有開放、免費(fèi)、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(guān)注，并且被Zigbee IP（智能電網(wǎng)）、ETSI M2M、ISA100工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等采納，發(fā)展迅速，很可能成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。因此有必要比較兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

八.Zigbee模塊發(fā)展前景

隨著我國物聯(lián)網(wǎng)正進(jìn)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(shù)也已在部分智能傳感器場景中進(jìn)行了應(yīng)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(shí)現(xiàn)了無漏讀、方向判斷準(zhǔn)確、定位軌跡準(zhǔn)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(luò)的無線定位技術(shù)可在療養(yǎng)院或老年社區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全區(qū)實(shí)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(yù)計(jì)到2015年國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)到7500億元，年復(fù)合增長率超過30%。智慧城市建設(shè)成為運(yùn)營商推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的重要落腳點(diǎn)。此外，工業(yè)和信息化部和財政部已設(shè)專項(xiàng)資金用以支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。據(jù)悉，2013年投入的專項(xiàng)資金支持預(yù)算較2012年有所增長，將超5億元。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)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(yuǎn)超互聯(lián)網(wǎng)。

九.Zigbee模塊技術(shù)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(guān)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(diǎn)的家用設(shè)備，其成本頗為尷尬。

通信穩(wěn)定性：目前國內(nèi)Zigbee技術(shù)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(dāng)然，有些廠家會使用射頻功放，對2.5G信號進(jìn)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(shù)的主要特點(diǎn)是支持自組網(wǎng)能力強(qiáng)，自恢復(fù)能力強(qiáng)，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(yīng)用非常具有吸引力。然而，對于智能家居的應(yīng)用場景中，開關(guān)，插座，窗簾的位置一旦固定，一直不變，自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)也就不復(fù)存在，但是自組網(wǎng)所耗費(fèi)的時間和資源缺卻依舊高企。

ZigBee技術(shù)的安全性較高，其安全性源于其系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)：采用AES加密(高級加密系統(tǒng))，嚴(yán)密程度相當(dāng)于銀行卡加密技術(shù)的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個設(shè)備不僅能通過多個方向與網(wǎng)關(guān)通信，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性;每個設(shè)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(luò)容量理論節(jié)點(diǎn)為65300個，能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，即便是智能小區(qū)、智能樓宇等只需要1個主機(jī)就能實(shí)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(shè)備，同時設(shè)備也會把執(zhí)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回來。此外，ZigBee采用了極低功耗設(shè)計(jì)，可以全電池供電，理論上一節(jié)電池能使用2年以上。