新型ZigBee技术市场前景广阔new

1、作为一种新兴的低功耗、低速率、低成本、高可靠且架构简单的短距离无线网络通信技术，ZigBee成为目前嵌入式应用的一大热点，并被列为当今世界发展速度最快、市场前景最为阔的十大最新技术之一，也因此引起了我国政府及一些企事业单位的热切关注和积极参与，产业化趋势已经显形。1. ZigBee技术概述ZigBee技术是一种介于无线标记技术和Bluetooth(蓝牙)之间的技术提案，是由ZigBee 联盟(Alliance)所主导的，以国际电子电机工程协会(IEEE)无线个人区域网(LRWPAN)工作组的一项无线标准IEEE 802.15.4为基础的，满足低速无线传感器网络应用需求的首个完整的标准化安全协议

2、栈。IEEE 802.15.4是2003年发布的低速率无线个人区域网标准，它采用直接序列扩频(DSSS)技术，定义了2个物理层标准：2.4GHz和868/915MHz(均为免执照频段)。2.4GHz物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kb/s的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz是欧洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段，这2个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰，而且这2个频段上无线信号传播损耗较小, 因此可以降低对接收机灵敏度的要求, 获得较远的有效通信距离, 并可用较少的设备覆盖指定的区域。ZigB

3、ee标准于2004年12月通过，它在IEEE 802.15.4标准上又定义了ZigBee堆栈层：网络层、应用层和安全服务提供层。ZigBee联盟同时也制定了互操作性和兼容性测试和认证规范，以保证不同ZigBee供应商之间的互操作性。因此，ZigBee不仅具有IEEE 802.15.4强有力的无线物理层规定的全部优点：省电、简单、成本低，同时又增加了逻辑网络、网络安全性和应用架构，是一个全方位的、具备ZigBee联盟提供的多种应用的不同描述的协议。Zigbee可以构建一个由多达数万个无线数据传输模块组成的无线数传网络平台，每个模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，实现相互间通信；每个网络

4、节点间的距离可以从标准的75米扩展到几百米，甚至几千米；整个Zigbee网络还可以与现有的其他各种网络连接。与移动通信网络主要用于语音通信的特点不同，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立的，并能有效解决移动网覆盖的盲区问题。ZigBee技术具有低速率、低功耗、低成本、近距离传输、短时延、大容量、网络自组织和自愈能力强、通信可靠、数据安全、工作频段灵活、互操作性强等特点。正是这些全新的特点，使Zigbee不仅能向终端消费者提供价格低廉、操作简单的无线网络应用产品，同时也为产品开发商提供了低开发成本、高开发效率的一站式解决方案。2. ZigBee网络结构和设备类型Zigbee支持3种静

5、态和动态的自组织无线网络拓扑结构：星(Star)型、网格(Mesh)型和集群树(Cluster tree)型。这3种结构可以组成简单至复杂的任何网络，实现大局域网络覆盖和可扩展网络，避免单点故障。其中Mesh型(也称网状网)结构具有很强的网络健壮(自愈)性和系统可靠性，在自组网和选择网络路径时更加灵活、自由，非常适合传感器网络的要求，也因此更加受到业界的青睐。IEEE802.15.4 定义了2种设备类型：全功能设备(FFD)和缩减功能设备(RFD)。在ZigBee系统中，这2类设备指的是物理设备类型，并在此基础上增加了1种逻辑设备。在ZigBee网络中，1个节点可以有3种角色：ZigBee协调

6、器(ZC)、Zigbee路由器(ZR)和ZigBee终端设备(ZED)。这3种角色即为ZigBee的逻辑设备类型。FFD可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协调器和普通协调器，可以与RFD或其他FFD通信。但RFD只支持星型结构，只能与FFD通信,不能成为任何协调器。FFD可以用来实现ZigBee的3种逻辑设备类型，但RFD只能充当终端设备。3. ZigBee联盟的作用ZigBee联盟成立于2001年8月，最初有7家发起企业：Emer、Honeywell、Invensys、三菱、摩托罗拉、三星和飞利浦。如今该联盟已有200多家成员公司，遍及全球26个国家和地区，形成了包含芯片制造商、软件开发

7、者、终端制造商以及服务提供商等在内的一条完整的产业链。其中，OEM厂商和终端产品制造商在成员中占据37%的比例。这些成员在合作精神下协同工作，贡献了很多资源进行标准的修订工作。ZigBee成员分为Promoter(促进者)、Participant(参与者)和Adopter(应用者)三个层次。其中促进者可获得理事会席位，应用者只能得到最终通过的文书，参与者可以参与细则的制订、技术委员会候选人资格和参加研发工作等21项权益。2006年6月, 施耐德电气、 意法半导体以及我国华为技术公司以促进者的身份加入了理事会。ZigBee联盟的主要目标是制订一个可靠、高性价比、低功耗无线智能网络和监控产品的全球

8、性开放标准，并最终推动在市场上出现带互通性的兼容产品。 ZigBee联盟对不同类别的公司有不同的要求：(1)ZigBee协议栈供应商：ZigBee联盟不对协议栈级的兼容性进行测试，仅在平台或产品级执行测试。如果一家软件协议栈公司希望销售基于ZigBee标准的协议栈，其必须是一名联盟成员。如果希望开发免费使用的协议栈，那么就不要求是联盟成员。(2)ZigBee功能芯片供应商：如果要成为芯片级ZigBee兼容平台(ZCP)供应商，就需要是应用者或参与者。目前，全球已有13家具备ZigBee兼容平台的供应商。 (3)ZigBee工具供应商：对工具供应商成为成员与否没有要求，除非其直接将ZigBee并

9、入其产品中作为该工具的一部分。(4)ZigBee模块供应商：模块供应商需要是联盟成员。假设他们采用已经认证的ZCP芯片组和协议栈解决方案，那么测试与上面的(3)类相似。否则，将被归入到(2)类中。 (5)将模块加入终端产品中的开发商。这一类型的机构必须是成员，可以是应用者或参与者。如果希望在其产品上使用标识，他们就必须获得ZigBee产品认证。 (6)将完备的ZigBee成果集成到产品中的开发商：如果其被包含在该产品中，那么这一情形与(5)项同样处理。如果其已经是一款ZigBee认证产品，并且可以作为配件独立包装并被最终用户插入到PCI插槽、USB端口或其它I/O中，那么不要求其成为成员或者要

10、求额外的测试。 4  ZigBee与其他无线网络标准的比较目前，市场上无线网络技术除了Zigbee外，主要有Wi-Fi(无线保真)、Bluetooth(蓝牙)和NFC(近场通信)等。一些大公司为开拓市场和应用领域，也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准，如UWB(超宽带)、Z-Wave等。这些技术在很大程度上是互补的，其不同之处或基于传输速度、距离、耗电量的特殊需要，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用场景的需要，或满足竞争技术的差异化等。Bluetooth和Wi-Fi一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线通信技术。它们拥有非常大的无线技术容量，但并不像ZigBee

11、一样是以监控为明确目标的无线传感器网络应用标准。Bluetooth技术已高度成熟，具有多种规范，并能提供PAN ad-hoc(非网状结构)联网能力，现已广泛应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等。Wi-Fi技术使用开放的2.4GHz附近的频段，最大覆盖范围为100m。一般来说，带有这个标志的产品表明可以利用它们方便地组建一个无线局域网。Wi-Fi目前有3个使用标准：IEEE802.11a/b/g，最高数传率为54Mb/s。尚在孕育并值得期待的802.11n标准数传率将达到150600Mb/s。但是Wi-Fi收发器的功耗

12、较大，集成到Mesh网络比较困难，且价格也较高。UWB原属军方专用技术，2002年2月美国联邦通信委员会正式将其解禁。UWB一直被看作是Bluetooth技术的替代品，其数传率达到100480Mb/s，但覆盖距离很短不超过10m。UWB已有芯片和模组产品，但没有网状网组网能力。上述标准中最具可比性的是Bluetooth和ZigBee技术。ZigBee源于Bluetooth，但比后者更简单，速率更慢，功率及费用也更低，且大多数时间处于睡眠模式，更加适用于那些不需要实时传输或连续更新的场合，如工业控制和监控领域。而且ZigBee是当前唯一面向无线传感器网络的技术标准，其网状网组网能力使其应用范围可

13、伸延至数百、甚至数千米的广泛区域，而Bluetooth则只为10100m范围内的短程网络而设。就制造成本而言，ZigBee芯片现在远比Bluetooth芯片便宜。作为ZigBee的有力竞争者，Z-wave技术近年来在家庭自动化领域发展迅速，商品化程度较高。Z-Wave的主要工作频段有2个： 868.42MHz(欧洲)和908.42MHz(美国)。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。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee将是功

14、耗和成本最低的技术，并且能够用于Bluetooth、Wi-Fi、UWB、GPRS以及其他无线技术不能覆盖的大部分应用领域。生产商最终可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计出简单、可靠、便宜又节能的各种电子产品。5  ZigBee技术发展现状5.1 标准和技术现状5.1.1 ZigBee推出增强版标准，控制与安全性均有提升。ZigBee最初版本的标准在2004年12月推出，其增强版ZigBee 2006标准也已经完成，2007年第一季度对外公布。2006版标准安全级别更高，跳频也得到改进，在家庭和商业控制领域具有优势，尤其是减少了功率消费。但2006版标准包括一些有别于200

15、4年首版规范的重大变化，这意味着两种版本互不兼容，可能会给那些已经将产品上市的公司带来麻烦。据称，基于ZigBee 2006标准，OEM厂商可以利用各种控制、便利和能量管理工具。5.1.2 集成ZigBee/IEEE 802.15.4解决方案。ZigBee及IEEE 802.15.4标准提供了一套完整的解决方案，可以满足无线家庭网络以及工业、商业监控应用的系统设计人员所面临的独特要求。不过，成功地集成ZigBee技术还存在许多需要密切关注的问题。 面向ZigBee网络传感器节点的硬件平台一般都有微控制器与RF收发器这两个芯片，另外还需要电源电路、传感器、天线及电源等。也可添加RF功率放大器来增

16、加其覆盖范围。为确保ZigBee平台设计获得成功，必须认真选择这些因素。建议下一步在片上系统(SoC)中集成收发器与微控制器，从而降低成本并减少平台尺寸。 此外，通过在手机上集成Zigbee芯片，可将手机作为Zigbee传感器网络的网关，实现对智能家庭的自动化控制、进行移动商务(利用手机购物)等诸多功能。据BobHeile介绍，目前意大利TIM移动公司已经推出了基于Zigbee技术的Z-sim卡，用于移动电话与电视机顶盒、计算机、家用电器之间的通信及停车场收费等。为成功开发可满足典型节点要求的系统架构，美国德州仪器(TI)公司正致力于在符合 IEEE 802.15.4 标准的收发器与微控制器、

17、ZigBee协议栈以及应用软件之间实现紧密的集成。5.1.3 ZigBee认证日益重要。随着ZigBee协议为越来越多的工业和商业用户所采用，认证对厂商和客户变得至关重要。到目前为止，OEM厂商可以从13种ZigBee认证平台中选择适合的产品开发技术。ZigBee联盟目前已经授权2家试验室进行测试，即独立测试服务提供商美国国家技术服务公司(National Technical Services, Inc.，NTS0和德国莱茵集团(TÜV Rheinland Group)。 ZigBee联盟不会促销未认证产品，并且该产品不可以使用ZigBee名称和标识。 5.1.4 芯片技术较成熟但竞

18、争激烈。Zigbee芯片是ZigBee产业链上发展最为成熟的一环，从2004年底ZigBee联盟正式提出标准以来，ZigBee芯片厂开始推出符合ZigBee标准的芯片，如Atmel的AT86RF210(868MHz/915MHz)、 Freescale(飞思卡尔)的MC13192、ST的SN260、TI(德州仪器)的CC2420。但体积、耗电量及成本等因素是ZigBee技术运用在无线网络成功与否的关键因素，因此 ZigBee芯片商开始整合微控制器及RF传输芯片，开发出整合型单芯片，如CC2430、EM250、EM260、JN5139、MC13214，同时为了兼顾全球的市场、新一代的传输频率都集

19、中在2.4GHz，竞争非常激烈。在2006年9月，根据“创新”和“执行”等重要参数对ZigBee供应商进行了评估， 在 ABI Research发布的IEEE 802.15.4(Zigbee)芯片供应商排名表上，TI位列芯片供应商榜首，Ember公司和Oki Semiconductor排在第二和第三位。5.2  产业现状尽管zigbee技术本身还处在逐步完善的发展阶段，但其低成本、低功耗和易部署的技术特点为它的应用和推广打下了良好基础。目前，ZigBee技术已经作为模块解决方案和系统级封装投入大规模生产，许多厂商包括松下、LS Research、Maxstream和DLP的模块解决方

20、案都已批量上市。在Zigbee产业链上游微控制器、射频收发器组件部分， Freescale、TI、Atmel、Microchip、Silicon Labs、Chipcon、Ember、CompX、Jennic、达盛电子等厂商皆已推出相关解决方案；已开发出ZigBee协议堆栈的厂商则有Figure 8 Wireless、AirBee、Ember、Helicomm(赫立讯)等；在ZigBee模块部分，华宝通讯、Helicomm、MaxStream、Silicon Labs、Chipcon、Shinko、松下等厂商皆有相关产品；在ZigBee网关器部分，华宝、诺基亚及易利信等厂商投入GSM/UMTS

21、结合ZigBee技术的网关器开发。再往下游，许多 ZigBee应用产品已纷纷出现，业者积极推出各种解决方案及相关产品，但仍然没有杀手级的应用出现，ZigBee市场还处于导入期。ZigBee在有源RFID应用中的重要性正日益凸显，美国Helicomm(赫立讯)公司已经开始于美国一家煤矿设备公司合作，将ZigBee无线定位方案从自动抄表、监测、车辆管理等应用拓展到煤矿行业的矿井定位中。我国华为公司是ZigBee联盟13个理事成员之一，目前正与意大利电信合作，在为其提供的终端SIM卡中置入ZigBee技术，从而可以使运营商能够为用户提供更多的增值业务，如手机购物、手机遥控等功能，这大大增强了运营商的

22、业务提供能力和竞争实力。华为也正在将ZigBee用于机顶盒和DSL Modem中。5.3  应用现状作为全球开放的无线通信标准，只要有用上单片机的市场，就会有用到Zigbee的机会。其应用领域可以横跨全球民用、军用、商用、公用及工业用等各个市场。尤其是在那些存储空间有限并追求成本效益的短距离无线通信和自动控制领域，ZigBee有着广泛的应用前景。ZigBee技术典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据)、间歇性数据(如照明控制)和重复性低反应时间数据(如鼠标)。其出发点是希望能发展一种易布建的低成本无线网络，并使产品的电池能维持6个月到数年的时间。根据ZigBee联盟的设想，它的应用目标主要针对工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如监视和传感)、家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接，以及军事(战场监视、机器人控制、单兵综合作战系统)等领域。在产品发展的初期，将以工业或企业市场的传感器网络为主， 并逐渐将市场拓展至家庭中的数字化和便携性应用。有报道预测，未来67年内，家庭用户将占有2