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zigbee

Zigbee是基於IEEE802.15.4標准的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源於蜜蜂的八字舞，由於蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用於自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。

概述

ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網絡層(NWK)、應用(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標准的規定。

ZigBee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網絡中設備的可分為協調器(Coordinator)、匯聚節點(Router)、傳感器節點(EndDevice)等三種角色。 ^[1]

與此同時，中國物聯網校企聯盟認為：zigbee作為一種短距離無線通信技術，由於其網絡可以便捷的為用戶提供無線數據傳輸功能，因此在物聯網領域具有非常強的可應用性。

起源

ZigBee譯為"紫蜂"，它與藍牙相類似。是一種新興的短距離無線通信技術，用於傳感控制應用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作組中提出，並由其TG4工作組制定規范。

 

2001年8月，ZigBee Alliance成立。

2004年，ZigBee V1.0誕生。它是Zigbee規范的第一個版本。由於推出倉促，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標准作為新一代智能電網Smart Energy(SEP 2.0)的標准，致力於形成全球統一的易於與互聯網集成的網絡，實現端到端的網絡通信。隨着美國及全球智能電網的建設，Zigbee將逐漸被IPv6/6Lowpan標准所取代。

ZigBee的底層技術基於IEEE 802.15.4，即其物理層和媒體訪問控制層直接使用了IEEE 802.15.4的定義。

在藍牙技術的使用過程中，人們發現藍牙技術盡管有許多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和工業遙測遙控領域而言，藍牙技術太復雜，功耗大，距離近，組網規模太小等。而工業自動化，對無線數據通信的需求越來越強烈，而且，對於工業現場，這種無線傳輸必須是高可靠的，並能抵抗工業現場的各種電磁干擾。因此，經過人們長期努力，ZigBee協議在2003年正式問世。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網絡的通信協議Home RF Lite。

長期以來，低價位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在着。藍牙的出現，曾讓工業控制、家用自動控制、玩具制造商等業者雀躍不已，  但是藍牙的售價一直居高不下，嚴重影響了這些廠商的使用意願。如今，這些業者都參加了IEEE802.15.4小組，負責制定ZigBee的物理層和媒體介質訪問層。IEEE802.15.4規范是一種經濟、高效、低數據速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術，用於個人區域網和對等網絡。它是ZigBee應用層和網絡層協議的基礎。ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，它是一種介於無線標記技術和藍牙之間的技術提案。主要用於近距離無線連接。它依據802.15.4標准，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個網絡節點傳到另一個節點，所以它們的通信效率非常高。

互聯網標准化組織IETF也看到了無線傳感器網絡（或者物聯網）的廣泛應用前景，也加入到相應的標准化制定中。以前許多標准化組織和研究者認為IP技術過於復雜，不適合低功耗、資源受限的無線傳感器網絡，因此都是采用非IP技術。在實際應用中，如zigbee需要接入互聯網時需要復雜的應用層網關，也不能實現端到端的數據傳輸和控制。與此同時，與zigbee類似的標准還有z-wave、ANT、Enocean等，相互之間不兼容，不利於產業化的發展。IETF和許多研究者發現了存在的這些問題，尤其是Cisco的工程師基於開源的uIP協議實現了輕量級的IPv6協議，證明了IPv6不僅可以運行在低功耗資源受限的設備上，而且，比zigbee更加簡單，徹底改變了大家的偏見，之后基於IPv6的無線傳感器網絡技術得到了迅速發展。 IETF已經完成了核心的標准規范，包括IPv6數據報文和幀頭壓縮規范 6Lowpan ^[2] 、 面向低功耗、低速率、鏈路動態變化的無線網絡路由協議 RPL ^[3] 、以及面向無線傳感器網絡應用的應用層標准CoAP ^[4] ，相關的標准規范已經發布 ^[5] 。IETF組織成立了IPSO聯盟，推動該標准的應用，並發布了一些列白皮書 ^[6] 。 IPv6/6Lowpan已經成為許多其它標准的核心，包括智能電網Zigbee SEP2.0、工業控制標准ISA100.11a、有源RFID ISO1800-7.4（DASH） 等。IPv6/6Lowpan具有諸多優勢： 可以運行在多種介質上，如低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網，有利於實現統一通信；IPv6可以實現端到端的通信，無需網關，降低成本；6Lowpan中采用RPL路由協議，路由器可以休眠，也可以采用電池供電，應用范圍廣，而zigbee技術路由器不能休眠，應用領域受到限制。6Lowpan標准已經得到大量開源軟件實現，最著名的是Contiki ^[7] 、TinyOS系統，已經實現完整的協議棧，全部開源，完全免費，已經在許多產品中得到應用。IPv6/6Lowpan協議將隨着無線傳感器網絡以及物聯網的廣泛應用，很可能成為該領域的事實標准。

特性

①低功耗。在低耗電待機模式下，2節5號干電池可支持1個節點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。相比較，  藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。

TI公司和德國的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee節點。該節點采用Micropelt公司的熱電發電機給TI公司的ZigBee提供電源。

②低成本。通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4KB代碼，而且ZigBee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元。

③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

④近距離。傳輸范圍一般介於10～100m之間，在增加發射功率后，亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。

⑤短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi 需要3 s。

⑥高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000 個節點的大網。

⑦高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用訪問控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取數據以及采用高級加密標准(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

⑧免執照頻段。使用工業科學醫療(ISM)頻段，915MHz(美國), 868MHz(歐洲), 2. 4GHz(全球) , 。

由於此三個頻帶物理層並不相同，其各自信道帶寬也不同，分別為0.6MHz, 2MHz和5MHz。分別有1個, 10個和16個信道。

這三個頻帶的擴頻和調制方式亦有區別。擴頻都使用直接序列擴頻(DSSS)，但從比特到碼片的變換差別較大。調制方式都用了調相技術，但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。

在發射功率為0dBm的情況下，藍牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內通常能達到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達到400米(TI CC2530不加功率放大)。

所以ZigBee可歸為低速率的短距離無線通信技術。

無線數據傳輸

簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似於CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似於移動網絡基站。通訊距離從標准的75m到幾百米、幾公里，並且支持無限擴展。

ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平台，在整個網絡范圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標准的75m無限擴展。

與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是，ZigBee網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，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網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個Zigbee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

數據采集

ZigBee數據采集應該來說開創了ZigBee技術的另外一種實用型技術，ZigBee廠商里面，順舟科技的數據采集，具體涉及到模擬量、開關量的采集，如下表所示：

SZ06	-XXX	-X	-X	-X	-X
產品系列	傳輸距離	輸入輸出	接口數量	電源電壓	殼體類型
SZ06系列	​	-00（高低電平采集）	1-16個	DC5~24V	-L鋁合金
		-01(開閉狀態輸入采集)
		-02(高低電平控制輸入)
		-03（開閉狀態控制輸入）
		-04（高低電平輸出）
		-05（4-20MA輸入）
		-06（0-200MV輸入）
		-07（0-3.3V輸入）
		-08（0-5V輸入）
		-09(DS18B20溫度傳感器)
		-10(PT100溫度傳感器)
		-11（AM302溫濕度傳感器）
		-12（可燃氣體采集）
		-13（燈光控制）
		-14（浸水報警）
		-15（粉塵檢測）
		-16（甲醛檢測）
說明	型號SZ06-200-(05-4-08-2)-L，表示順舟科技SZ06系列無線數據采集設備、空曠場地傳輸距離為200米、2個類型的輸入接口、4路4-20MA輸入和2路0-5V電壓輸入、鋁合金外殼

另外根據技術的不同，會有不同的應用。比如根據智能家居又獨立出終端設備，具體可到順舟科技官網了解。

組網通信方式

ZigBee技術所采用的自組織網是怎么回事？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網絡模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的ZigBee網絡。而且，由於人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯絡，對原有網絡進行刷新。這就是自組織網。

ZigBee技術為什么要使用自組織網來通信？

網狀網通信實際上就是多通道通信，在實際工業現場，由於各種原因，往往並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暫時中斷，此時由於我們有多個通道，車輛（相當於我們的控制數據）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業現場控制而言則非常重要。

為什么自組織網要采用動態路由的方式？

所謂動態路由是指網絡中數據傳輸的路徑並不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網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據傳輸。在我們的網絡管理軟件中，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，直到數據送達目的地為止。在實際工業現場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過於繁忙不能進行及時傳送。動態路由結合網狀拓撲結構，就可以很好解決這個問題，從而保證數據的可靠傳輸。

ZigBee與GNU Radio

GNU Radio是免費的軟件開發工具套件。它提供信號運行和處理模塊，用它可以在易制作的低成本的射頻（RF）硬件和通用微處理器上實現軟件定義無線電。這套套件廣泛用於業余愛好者，學術機構和商業機構用來研究和構建無線通信系統。GNU Radio 的應用主要是用Python 編程語言來編寫的。但是其核心信號處理模塊是C++在帶浮點運算的微處理器上構建的。因此，開發者能夠簡單快速的構建一個實時、高容量的無線通信系統。盡管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在沒有射頻RF 硬件部件的境況下支持對預先存儲和（信號發生器）生成的數據進行信號處理的算法的研究。

性能

1．數據速率比較低，在2.4GHz的頻段只有250Kb/S，而且這只是鏈路上的速率，除掉信道競爭應答和重傳等消耗，真正能被應用所利用的速率可能不足100Kb/s，並且余下的速率可能要被鄰近多個節點和同一個節點的多個應用所瓜分，因此不適合做視頻之類事情。

適合的應用領域——傳感和控制

2.在可靠性方面，ZigBee有很多方面進行保證。物理層采用了擴頻技術，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應用層(APS部分)有應答重傳功能。MAC層的CSMA機制使節點發送前先監聽信道，可以起到避開干擾的作用。當ZigBee網絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上。

3．時延由於ZigBee采用隨機接入MAC層，且不支持時分復用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些實時的業務。

4．能耗特性 能耗特性是ZigBee的一個技術優勢。通常ZigBee節點所承載的應用數據速率都比較低。在不需要通信時，節點可以進入很低功耗的休眠狀態，此時能耗可能只有正常工作狀態下的千分之一。由於一般情況下，休眠時間占總運行時間的大部分，有時正常工作的時間還不到百分之一，因此達到很高的節能效果。

5．組網和路由性——網絡層特性

ZigBee大規模的組網能力——每個網絡65000個節點，而每個藍牙網絡只有8個節點。

因為ZigBee底層采用了直擴技術，如果采用非信標模式，網絡可以擴展得很大，因為不需同步而且節點加入網絡和重新加入網絡的過程很快，一般可以做到1秒以內，甚至更快。藍牙通常需要3秒。在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的網狀網的路由，所以可以布置范圍很廣的網絡，並支持多播和廣播特性，能夠給豐富的應用帶來有力的支持。

學習方法

ZigBee作為一種個人網絡的短程無線通信協議，已經日益為大家所熟知，它最大的特點就是低功耗、可組網，特別是帶有路由的可組網功能，理論上可以使ZigBee覆蓋的通訊面積無限擴展。相對藍牙，紅外的點對點通信，和WLAN的星狀通信，ZigBee的協議就要復雜得多了。那么我們究竟是該選擇ZigBee芯片去自己開發協議呢，還是直接選擇已經帶有了ZigBee協議的模塊直接應用呢？  

玩轉芯片的代價：開發時間周期長；人力和技術儲備雄厚。

市場上的ZigBee射頻收發“芯片”實際上只是一個符合物理層標准的芯片，它只負責調制解調無線通訊信號，所以必須結合單片機才能完成對數據的接收發送和協議的實現。而單芯片也只是把射頻部分和單片機部分集成在了一起，不需要額外的一個單片機，它的好處是節約成本，簡化設計電路，但這種單芯片也並沒有包含ZigBee協議在里面。

這兩種情況都需要用戶根據單片機的結構和寄存器的設置並參照物理層部分的IEEE802.15.4協議和網絡層部分的ZigBee協議自己去開發所有的軟件部分。這個工程量對於做實際應用的用戶來講是很大的，開發周期以及測試周期都是非常之長的，更由於是無線通訊產品，它的產品質量也不是很容易得到保障的。

即便許多ZigBee公司都提供自家芯片的ZigBee協議棧，但這只是提供一種協議的功能，而並不代表它具有真正的可應用性和可操作性，因為它並沒有提供一個對用戶的數據接口的詳細描述，用戶怎么才能不顧及芯片內部的程序而很簡單輕松的就把自己的數據通過芯片發送出去，甚至組成路由獲取傳送更遠方產品的數據，這都不是只包括了ZigBee協議棧的芯片就能簡單實現的，ZigBee協議棧只是說它有了協議的所有組成部分，而究竟怎么把每部分結合並有條不紊的運轉起來，並怎么實現和用戶自己數據的協議通訊？一個只包含了ZigBee協議棧的芯片是不可能實現得了的。

直白點講，這些需要用戶根據完整的協議代碼和自己上層的通訊協議，再去一點一點每個部分的去修改協議棧中的內容，才能完成簡單的數據無線收發，而要完成一條路由，甚至整個網絡的通信，那調試測試的時間則會需要更長的。那么對於做實際應用的用戶來講將會大大耽誤開發周期，並且這種具有復雜協議的無線產品會具有更多的不定因素，更易受到外界環境條件的影響，在實際開發中遇到的問題將會五花八門，難於應付。

玩轉模塊的代價：省去ZigBee開發周期，能在推廣項目上搶到先機。

ZigBee模塊是已經包含了所有外圍電路和完整協議棧的能夠立即投入使用的產品，已經經過了廠家的優化設計，和老化測試，有一定的質量保證。優秀可靠的zigBee應用“模塊”具有在硬件上設計緊湊，體積小，貼片式焊盤設計，可以內置Chip或外置SMA天線，通訊距離從100米到1200米不等，還包含了ADC，DAC，比較器，多個IO，I2C等接口和用戶的產品相對接。軟件上包含了完整的ZigBee協議棧，並有自己的PC上的配置工具，采用串口和用戶產品進行通訊，並可以對模塊進行發射功率，信道等網絡拓撲參數的配置，使用起來簡單快捷。

透傳模塊的好處在於用戶不需要考慮模塊中程序如何運行的，用戶只需要將自己的數據通過串口發送到模塊里，然后模塊會自動把數據用無線發送出去，並按照預先配置好的網絡結構，和網絡中的目的地址節點進行收發通訊了，接收模塊會進行數據校驗，如數據無誤即通過串口送出。不過大多數用戶應用Zigbee技術，都會有自己的數據處理方式，以致每個節點設備都會擁有自己的CPU以便對數據進行處理，所以仍可以把模塊當成一種已經集成射頻、協議和程序的“芯片”。國內外各個ZigBee芯片廠商及模塊廠商產品比對：

各廠商及芯片型號	Jennic (JN5148)	TI (Chipcon) (CC2530)	Freescal (MC13192)	EMBER (EM260)	ATMEL (LINK-23X)	ATMEL (Link-212)
工作頻率（Hz）	2.4~2.485G	2.4~2.485G	2.4~2.485G	2.4~2.485G	2.4~2.485G	779~928M
可用頻段數（個）	16	16	16	16	16	4
無線速率（Kbit/s）	250	250	250	250	250~2000	20~1000
發射功率（dBm）	+2.5	+4.5	+3.6	+3	+3	+10
接收靈敏度（dBm）	-97	-97	-92	-97	-101	-110
最大發射電流（mA）	15	35	35	37.5	21	30
最大接收電流（mA）	18	24	42	41.5	20	14
休眠電流（uA）	0.2	1	1	1	0.28	0.5
工作電壓范圍（V）	2.0~3.6	2.0~3.6	2.0~3.4	2.1~3.6	1.8~3.6	1.8~3.6
硬件自動CSMA-CA	有	有	無	無	有	有
硬件自動幀重發	有	無	無	無	有	有
硬件自動幀確認	有	無	無	無	有	有
硬件自動地址過渡	有	有	無	無	有	有
硬件FCS計算功能	有	有	有	有	有	有
硬件清除無線通道確認	有	有	無	無	有	有
硬件RSSI計算功能	有	有	有	有	有	有
硬件AES/DES	有	有	​	​	有	有
硬件開放度	不開放	部分開放	部分開放	部分開放	全開放	全開放

ZigBee廠家	DIGI	順舟科技		廈門四信	得瑞紫蜂	上海數傳	深圳鼎泰克	北京雲天創
型號	XBee模塊	SZ05	SZ06	F8913	ZF1022/3	DT8836AA	DRF1601	ATZGB-780F1
工作頻率 (GHz)	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	779~936M
可用頻段數(個)	16	16	16	16	16	16	16	4
無線速率 (Kbps)	250	250	250	250	250	1000	250	250
發射功率 (dBm)	0	25	25	25	22	不詳	4	10
接收靈敏度(dBm)	-92	-108	-108	-110	-102	不詳	-96	-110
發射電流 (mA)	45	<70	<70	40	<130	35	34	29
接收電流 (mA)	50	<55	<55	28	26	不詳	25	19
休眠電流 (uA)	<10	5	5	<0.4	<1	5	不詳	0.5
工作電壓 (V)	2.8~3.4	5	5-24	2.0~3.6	1.8~3.6	1.8~3.6	5~12	1.8~3.6
工作溫度 (℃)	-40~80	-40~85	-40~85	-45~80	-20~70	-40 ~80	-40~80	-40~80
無PA室內通信距離 (m)	30	200	200	100	300	不詳	100	100
無PA室外通信距離 (m)	100	2K	2K	500	1.2K	100	400	700

（此對比表格都僅對於貼片式便於嵌入的模塊並僅依據各廠商的產品手冊提供的性能參數進行對比，但是如上海數傳等廠商，本人在官網上並沒法找到詳細的產品手冊，也有部分廠商是模棱兩可的參數說明，如此表格有錯誤的地方，歡迎使用過的或者了解其模塊的朋友可以對表格進行修改完善。）

國內做zigbee模塊的廠商並不多，本人也只是挑選了部分個人熟知的廠商進行了一個小對比，部分廠商的產品本人也並未入手進行過測試，所以室內室外的通信距離本人並不是很清楚。有些廠商會加外部功放，有些並沒有加，以至於通信距離上來說都是不同的，並且無線通信產品特別是ZigBee，環境對其的通信距離影響很大，各廠商的實測環境也各不相同（有些是置高，有些是功放較大），產品手冊上的通信距離最好只是作為一個衡量標准，僅供參考之用。

假如對這方面有興趣的朋友，或者正想使用ZigBee進行現場應用的朋友，詢問相關模塊的時候最好將自己的需求進行一個較為清晰的定位，如距離、數據量、組網、應用場景等。因為Zigbee為近距離、低功耗、小數據量的技術，所以具體應用要求比較高，如在不考慮功耗的情況下，對於距離要求較高的應用，可以使用號稱點對點能夠傳10Km~20Km遠的XBEE模塊；如溫濕度等數據采集，需要功耗較低，數據量不大，距離近的可以使用一些公司的低功耗模塊（距離遠就犧牲了功耗），可以使用順舟科技等公司的模塊。值得一提的是，由於ZigBee采用隨機接入MAC層，且不支持時分復用的信道接入方式，部分ZigBee模塊一般會對數據進行校驗，返回ACK等操作（一般射頻芯片等硬件層會自帶，部分公司模塊會在程序上也進行相應操作），網絡節點數越多，整個網絡所有節點采集的數據到服務器的時間就越長，因此不能很好的支持一些實時性要求較高的業務。

聯盟

ZigBee聯盟是一個高速成長的非盈利業界組織，成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。聯盟制定了基於IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網絡應用規格。

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

ZigBee聯盟所鎖定的焦點為制定網絡、安全和應用軟件層；提供不同產品的協調性及互通性測試規格；在世界各地推廣ZigBee品牌並爭取市場的關注；管理技術的發展。

ZigBee聯盟對ZigBee標准的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數據鏈路層，標准已在2003年5月發布。ZigBee網絡層、加密層及應用描述層的制定也取得了較大的進展。V1.0版本已經發布。其他應用領域及其相關的設備描述也會陸續發布。由於ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此ZigBee聯盟對其網絡層協議和API進行了標准化。完全協議用於一次可直接連接到一個設備的基本節點的4K字節或者作為Hub或路由器的協調器的32K字節。每個協調器可連接多達255個節點，而幾個協調器則可形成一個網絡，對路由傳輸的數目則沒有限制。ZigBee聯盟還開發了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其它節點獲得。 ^[1]

應用及前景

隨着國內經濟的高速發展，城市的規模在不斷擴大，尤其是各種交通工具的增長更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴大道路交通基礎設施來緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(AdvancedPublicTransportationSystems，APTS)也就應運而生，並且成為國內研究的熱點。在智能公交系統所涉及的各種技術中，無線通信技術尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無線通信技術，更是得到了越來越廣泛的關注和應用。市場上也出現了大量與ZigBee相關的各種產品，根據中國物聯網校企聯盟的統計分析表明：zigbee雖然廣受推崇，但是在數據中，推出zigbee相關產品的中小型企業在2012年的發展並不可觀。
　　其中，比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種：

(1)Freescale：MC1319X平台;

(2)Chipcon：SoC解決方案CC2530;

(3)Ember：EM250ZigBee系統晶片及EM260網絡處理器;

(4)Jennic的JN5121芯片;

經過市場調研，發現Freescale的MC1319X平台功耗低、價格低廉、硬件集成度高，方便二次開發，射頻通信系統的穩定性高。所以，在本文的設計中選用了MaxStream公司與ZigBee兼容的以FreescaleMC1319x芯片組為核心的XBeeProRF模塊。下面主要介紹XbeePro的特性、接口應用、操作模式以及在智能公交無線網絡中的應用。

1XBeePro模塊的特性與接口

XBee模塊的基本性能參數如下：

(1)發送功率：100mW;

(2)接收靈敏度：-92dBm;

(3)室內傳輸距離為100m，室外傳輸距離為1500m;

(4)RF數據傳輸速率為250kbps;

3XBeePro模塊在智能公交系統中的應用

在站牌處通常會有多輛公交車同時到達，一個站牌對應多輛公交車，適合使用星狀網布線網絡。但為了保證網絡的可靠性，當公交車站牌外的通道阻塞時，可以通過其它公交車路由節點轉發到站牌，本設計采用網狀(Mesh)網模型。可將分布在公交線路上的電子站牌配置為協調器，而將到達的公交車配置為路由器。

當站牌上ZigBee網絡協調器選擇一個信道和PANID並啟動時，便建立了一個ZigBee個人局網(PAN)。一旦協調器已啟動PAN，便可允許路由器和終端設備結點加入PAN。路由器加入PAN時，將收到一個16位的網絡地址，並且能夠發送和接收來自PAN內其他設備的數據。PAN協調器的網絡地址總是0。由於站牌上ZigBee模塊的網絡物理地址是唯一的，可以通過物理地址向站牌發送信息。

(5)在3.3V電源下，發送電流為215mA，接收電流為55mA：

(6)在網絡性能方面，具有DSS(直接序列擴頻)功能，可以組成對等網、點對點及點對多點網絡，具有12個軟件可選的直接序列信道，每個信道有65000個可用網絡地址。

XBeePro模塊體積小，功耗低，接口簡單，容易使用，非常適用於低數據速率的短距離通信應用，尤其是無線傳感網絡的設計應用。XBeePro模塊還提供有免費X-CTU測試軟件以便能夠輕松測試和配置網絡。該模塊還可以通過下載該公司最新的固件(Firmware)，使用戶在使用原有硬件模塊的基礎上，獲得最新的功能，從而為設計提供了極大的靈活性。

2XBeePro模塊的操作模式

XBeePro有空模式、接收模式、發送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式，如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應用程序接口(API)方式兩種操作方式。當工作在透明方式時，模塊可起到替代串口線的作用，並以字節為單位來處理各種信息;當工作在API方式下，所有進出模塊的數據均被包含在定義模塊的操作和事件的幀結構中 ^[8] 。

應用實例

zigbee模塊：

ZigBee模塊是一種物聯網無線數據終端，利用ZigBee網絡為用戶提供無線數據傳輸功能。

該產品采用高性能的工業級ZigBee方案，提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設備，實現數據透明傳輸功能；低功耗設計，最低功耗小於1mA；提供6路I/O，可實現數字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有3路I/O還可實現模擬量采集、脈沖計數等功能。

該產品已廣泛應用於物聯網產業鏈中的M2M行業，如智能電網、智能交通、智能家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業自動化、智能建築、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、農業、林業、水務、煤礦、石化等領域。

工業級應用設計

1.采用高性能工業級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）

穩定可靠

1.WDT看門狗設計，保證系統穩定

2.提供TTL串行接口，SPI接口。

3.天線接口防雷保護（可選）

標准易用

1.采用2.0的SMA與DIP接口，特別適合於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.智能型數據模塊，上電即可進入數據傳輸狀態

4.使用方便，靈活，多種工作模式選擇

5.方便的系統配置和維護接口

6.支持串口軟件升級和遠程維護

功能強大

1.支持ZigBee無線短距離數據傳輸功能

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網絡

4.網絡容量大：65000個節點

5.節點類型靈活：中心節點、路由節點、終端節點可任意設置；

6.發送模式靈活：廣播發送或目標地址發送模式可選

7.通信距離大

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

ZigBee讀寫設備：

ZigBee讀寫器是短距離、多點、多跳無線通訊產品，能夠簡單、快速的為串口終端設備增加無線通訊的能力。產品有效識別距離可達1500m，最高識別速度可達200公里/小時，同時識別200 張標簽。性能穩定、工作可靠，信號傳輸能力強，使用壽命長等優勢。該設備已廣泛應用於門禁、考勤、會議簽到、及高速公路、油站、停車場、公交等收費系統等各種領域。該產品的主要功能優勢是防水、防雷、防沖擊，滿足工業環境要求。

產品性能

工作頻率：2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段

識別距離：有效識別距離可達1500m

識別速度：最高識別速度可達200公里/小時

識別能力：同時識別200 張標簽

識別方式：全方向識別、定向識別

環境溫度：在-40℃-85℃

使用壽命：30年

抗干擾性：使用頻道隔離技術，多個設備互不干擾

安全性能：防水、防雷、防沖擊，滿足工業環境要求

通信接口：RS232/RS485/RJ45

電 源：9V/12V-3A DC電源

天線極化：垂直

數據速率：最高10M bit/s

外形尺寸：15.5cm*14cm*5.5cm

產品重量：1kg

外殼材料：金屬材質

產品顏色：銀灰色

安裝方式：螺絲安裝或者側掛

應用前景

ZigBee並不是用來與藍牙或者其他已經存在的標准競爭，它的目標定位於現存的系統還不能滿足其需求的特定的市場，它有着廣闊的應用前景。ZigBee聯盟預言在未來的四到五年，每個家庭將擁有50 個ZigBee器件，最后將達到每個家庭150個。據估計，到2007 年(?)，ZigBee市場價值將達到數億美元。其應用領域主要包括：

◆家庭和樓宇網絡：空調系統的溫度控制、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠程控制等

◆工業控制：各種監控器、傳感器的自動化控制

◆商業：智慧型標簽等

◆公共場所：煙霧探測器等

◆農業控制：收集各種土壤信息和氣候信息

◆醫療：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫療傳感器等。