你真的了解ZigBee吗？

ZigBee命名由来

　　ZigBee（紫蜂协议），是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，它来源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂（bee）是通过飞翔和“嗡嗡”（zig）抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，而 ZigBee协议的方式特点与其类似便更名为ZigBee。

 

　　ZigBee发展历程

　　2001年8月，ZigBee Alliance成立。

　　2004年，ZigBee V1.0诞生。它是Zigbee规范的第一个版本。由于推出仓促，存在一些错误。

　　2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。

　　2007年底，ZigBee PRO推出。

　　2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。

　　2009年开始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy（SEP 2.0）的标准，致力 于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。随着美国及全球智能电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标准所取代。

 

　　ZigBee的主要优点如下：

　　1.功耗低。对比Bluetooth与WiFi，在相同的电量下（两节五号电池）可支持设备使用六个月至两年左右的时间，而Bluetooth只能工作几周，WiFi仅能工作几小时。

　　2.成本低。ZigBee专利费免收，传输速率较小且协议简单，大大降低了ZigBee设备的成本。

　　3.掉线率低。由于ZigBee的避免碰撞机制，且同时为通信业务的固定带宽预留了专用的时间空隙，使得在数据传输时不会发生竞争和冲突；可自组网的功能让其每个节点模块之间都能建立起联系，接收到的信息可通过每个节点模块间的线路进行传输，使得ZigBee传输信息的可靠性大大提高了，几乎可以认为是不会掉线的。

　　4.组网能力强。ZigBee的组网能力超群，建立的网络每个有60，000个节点。

　　5.安全保密。ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件，并集成了IEEE 802.15.4的安全元素。

　　6.灵活的工作频段。2.4 GHz，868 MHz及915 MHz的使用频段均为免执照频段。

　　ZigBee技术研发和应用

　　ZigBee技术研发和应用门槛较高，开发难度大，没有技术实力的企业无法涉足，国外的智能家居系统都是在运用这个技术，目前国内只有海尔、小米、深圳聪明屋等少数企业把此技术运用到了智能家居，还做到了智能化和系统化，功能非常全面。ZigBee技术的安全性较高，其安全性源于其系统性的设计：采用 AES加密（高级加密系统），严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢结构组网，每个设备不仅能通过多个方向与网关通信，保障网络的稳定性;每个设备还具有无线信号中继功能，可以接力传输通讯信息把无线距离传到1000米以外。另外，其网络容量理论节点为65300个，能够满足家庭网络覆盖需求，即便是智能小区、智能楼宇等只需要1个主机就能实现全面覆盖;最后，ZigBee具备双向通信的能力，不仅能发送命令到设备，同时设备也会把执行状态和相关数据反馈回来。此外，ZigBee采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用2年以上。

　　ZigBee的主要芯片供应厂商

　　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。

　　在技术应用方面，四大芯片厂商可以提供“ZigBee RF+MCU”、“ZigBee协议栈芯片+外挂芯片”、“单SOC”等三种应用方案。这三种方案也是目前ZigBee产业芯片应用的主要应用方式。在 “ZigBee RF+MCU”方案中，“ZigBee RF”是一款针对ZigBee协议及专有无线协议的2.4 GHz IEEE 802.15.4 收发器，该序列的芯片集成度都比较高，仅需要极少的电子元器件便可搭建完整的ZigBee协议底层硬件平台，由于该类芯片只是一个符合物理层标准的芯片， 它只负责调制解调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。一般通过SPI和外接的MCU来通讯，由外接的MCU来运行处理ZigBee协议规范里上层应用。TI的cc2420;Frescale的MC13XX;都是此类应用芯片。“ZigBee协议栈芯片+外挂芯片”，在该类应用中，“ZiBee协议栈芯片”都是一款集成了2.4G无线射频收发和微处理器功能的专用芯片，用户可以让该款芯片来处理运行ZigBee协议栈和应用代码，但由于受片上Memory/处理器能力资源的限制，用户需额外配置一个存储芯片/MCU来完善整体的应用性能。Jennic的芯片多基于协议 栈+外挂EEPROM的应用，而EMBER260序列是后者的典型应用。“单SOC”是随着半导体工艺发展而衍生的产物，也是当前最主要的一直应用方式，所谓“单SOC”是指把ZigBee射频和单片机以及Flash存储三部分集成在了一颗IC上所谓芯片，可以给用户PCB空间进一步缩小，降低了用户的硬件设计。这类芯片典型的有TI公司的CC2430、 Frescale MC1321x、Ember公司的EM250等。

 

 

　　ZigBee在中国的发展

　　ZigBee在中国的发展已经历经10余年，不断的从封闭走向开放，从工业领域走向更广阔的消费品领域。其在中国的发展大致经历了3个大的发展阶段，工业应用阶段、感知中国阶段、智能家居和智慧城市阶段。

　　1.工业应用阶段：2004-2009年

　　2004年zigbee进入中国，当时的技术方案有：飞思卡尔、chipcon、ember、JENNIC，据笔者了解，当时在中国做zigbee技术产品的就只有很少几家公司，但这几家公司对zigbee在中国的普及和应用做出了很大贡献。整理如下：

　　上海顺舟：2004年开始做zigbee产品，采用飞思卡尔第一代MC13191方案，主打zigbee无线传输模块，面向工业串口无线通信；

　　北京赫立讯：海归创立，在北京、台湾、美国均有研发机构，做zigbee行业应用整体解决方案，如zigbee矿工定位系统；

　　成都无线龙：主打教育培训市场，做了很多zigbee的demo套件，出版了培训书籍，主要面向学校和开发者；

　　深圳旭昂：以芯片代理为主，兼做开发套件。

　　杭州华立zigbee开发部：采用ember的方案，专业做zigbee在无线抄表系统中的应用。

　　据笔者了解，在第一波浪潮中，经过几年大浪淘沙，北京赫立讯、杭州华立zigbee开发部已经消失；芯片方案公司中chipcon被TI收购。

　　2.感知中国阶段：2009-2013年

　　在第二阶段中，据笔者了解，主流的芯片方案商有：TI、freescale、ember、ST。

　　自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入政府工作报告，zigbee技术在中国也受到了全社会极大的关注，新兴公司大量涌现，代表性的公司如下：

　　上海顺舟：2009年与海尔合作开始智能家居产品开发，与勤上光电合作开发智能照明系统，全面进入行业应用领域，在zigbee产品之外，开辟了嵌入式WiFi模块；

　　上海物联传感：专业做人员定位系统，在福利院老人监护、井下矿工的人员定位系统上有应用；

　　深圳鼎泰克：采用TI方案做无线模块，靠低价打市场；

　　南京物联：开始智能家居系统开发和应用；

　　杭州瑞赢：采用ST方案做无线通信模块。

　　第二波浪潮中，上海物联传感消失了；芯片方案公司中ember被siliconLabs收购，ST的方案走向了末路，JENNIC被NXP收购，ATMEL推出了低频1g以内的zigbee方案。

　　3.智能家居和智慧城市阶段：2013年起

　　智慧城市进入试点推广阶段，智能家居、智能单品概念火爆；飞利浦重点推广基于ZigBee的互联照明标准方案ZLL，即“ZigBee Light Link”，推出了一套较HUE的智能照明套件，zigbee在照明领域成为标杆。此时的代表性公司有：

　　上海顺舟：推出基于ZLL的无线灯控模块，推出整套智能照明解决方案；

　　海尔广科：推出基于ZLL的家庭智能中控PAD，内嵌ZLL模块，直接可以通过PAD控制家里的灯光；

　　欧普照明：推出了用ZLL遥控器控制的高级智能吸顶灯；

　　邦其：推出了专用的ZLL遥控器；

　　还有阳光照明、亚明、林洋照明全速进入智能照明研发进程，ZLL是其中一个重要课题。

　　在这第三波浪潮中，Zigbee联盟正在ZLL基础上对HA（home automation）进行融合，对无线智能家居的发展带来巨大的推动作用。而融合后的ZIGBEE将是无线智能家居的最佳解决方案之一；以飞利浦为核心 的zigbee中国推广组成立，正在全速推广zigbee技术在中国智能产业中的发展；天时、地利、人和，zigbee或将迎来大发展的时代，走向曙光，走向春天。