在智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，時(shí)下大名鼎鼎的ZigBee可謂是無人不知，無人不曉。作為除了wifi、藍(lán)牙之外，ZigBee是目前最重要的無線通信協(xié)議之一，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件等領(lǐng)域。那么ZigBee是什么？ZigBee有那些優(yōu)勢(shì)呢？ZigBee可以應(yīng)用在那些地方呢？帶著這些問題，來了解一下ZigBee。

什么是ZigBee技術(shù)？

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位和遠(yuǎn)近信息的，也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”，因此ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來形象地描述這種無線信息傳輸技術(shù)。

ZigBee是基于IEEE802.15.4協(xié)議發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)，功耗低，被業(yè)界認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在工控場(chǎng)合的無線方式。它是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)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。

Zigbee發(fā)展歷史

Zigbee聯(lián)盟集各聯(lián)盟成員之力，接連發(fā)布多個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，意圖通過統(tǒng)一的場(chǎng)景標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等多種方式解決業(yè)內(nèi)各企業(yè)互聯(lián)互通等一系列問題。

2009年8月，Zigbee聯(lián)盟推出加強(qiáng)型Zigbee Home Automation應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

Zigbee Home Automation標(biāo)準(zhǔn)，是用于智能住宅，控制家電、照明、環(huán)境、能源管理和安全，以及與其它Zigbee網(wǎng)絡(luò)互連的互操作性產(chǎn)品的全球標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)能夠控制空調(diào)系統(tǒng)、電源插座、機(jī)動(dòng)設(shè)備、門鈴和安全裝置等。

2010年12月22日，Zigbee聯(lián)盟宣布完成Zigbee Input Device標(biāo)準(zhǔn)，這是用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)配件（鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸板和其它輸入設(shè)備）的人機(jī)交互設(shè)備的新的全球標(biāo)準(zhǔn)。

2012年4月18日，Zigbee聯(lián)盟宣布完成Zigbee Light Link標(biāo)準(zhǔn)的制定和認(rèn)證。

Zigbee Light Link標(biāo)準(zhǔn)，為照明行業(yè)的消費(fèi)照明和控制裝置的互操作性產(chǎn)品提供全球標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是由眾多企業(yè)提供支持的開放性全球標(biāo)準(zhǔn)，為L(zhǎng)ED照明解決方案提供高效靈活的無線控制。 同年，順舟智能加入Zigbee聯(lián)盟成為聯(lián)盟中國推廣組理事成員。

2013年3月28日，Zigbee聯(lián)盟宣布推出第三套規(guī)范Zigbee IP。Zigbee IP是第一個(gè)基于IPv6的全無線網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案的開放標(biāo)準(zhǔn)，提供無縫互聯(lián)網(wǎng)連接控制低功耗、低成本設(shè)備。Zigbee IP是專門為支持即將推出的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)Zigbee Smart Energy（智能能源）2.0而設(shè)計(jì)的。

2016年5月12日，Zigbee聯(lián)盟聯(lián)合Zigbee中國成員組面向亞洲市場(chǎng)正式推出最Zigbee3.0標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee3.0 基于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)、工作頻率為2.4 GHz(全球通用頻率)、使用 Zigbee PRO 網(wǎng)絡(luò)，由Zigbee聯(lián)盟市場(chǎng)領(lǐng)先的無線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一而來，是第一個(gè)統(tǒng)一、開放和完整的無線物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)解決方案。

2017年1月5日，Zigbee聯(lián)盟正式推出物聯(lián)網(wǎng)通用語言Dotdot，適用于整個(gè)IoT網(wǎng)絡(luò)上，這種語言將改變現(xiàn)在多種設(shè)備之間通訊語言不統(tǒng)一的現(xiàn)狀。

作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(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(gè)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。

（1）低功耗：在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6-24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。相比之下藍(lán)牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時(shí);

（2）低成本：通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議是成本很低（不足藍(lán)牙的1/10），降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee的協(xié)議專利免費(fèi);

（3）低速率：ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求;

（4）近距離：傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn);

（5）短時(shí)延：ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3-10s、WiFi需要3s;

（6）高容量：ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn);同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng);

（7）高安全：ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單（ACL）防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES128）的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性;

（8）免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療2.4GHz（全球）頻段。

ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

ZigBee技術(shù)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，不像諸如藍(lán)牙和其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常分為7層，而ZigBee技術(shù)僅分為4層，如圖所示。

　圖 ZigBee協(xié)議棧

在ZigBee技術(shù)中，PHY層和 MAC層采用IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其中，PHY層提供了兩種類型的服務(wù)：即通過物理層管理實(shí)體接口對(duì)PHY層數(shù)據(jù)和PHY層管理提供服務(wù)。PHY層數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過無線物理信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元來實(shí)現(xiàn)。

PHY層的特征是啟動(dòng)和關(guān)閉無線收發(fā)器，能量監(jiān)測(cè)，鏈路質(zhì)量，信道選擇，清除信道評(píng)估，以及通過物理介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收。同樣，MAC層也提供了兩種類型的服務(wù)：通過MAC層管理實(shí)體服務(wù)接人點(diǎn)向MAC層數(shù)據(jù)和MAC層管理提供服務(wù)。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過PHY層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元

MAC層的具體特征是：信標(biāo)管理，信道接入，時(shí)隙管理，發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送連接及斷開連接請(qǐng)求。除此以外，MAC層為應(yīng)用合適的安全機(jī)制提供一些方法。

ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)/安全層主要用于ZigBee的WPAN的組網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等；應(yīng)用層主要為ZigBee技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型等，以便對(duì)ZigBee技術(shù)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。

Zigbee技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

基于Zigbee技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用非常廣泛，可以幫助人們更好地實(shí)現(xiàn)生活夢(mèng)想。Zigbee技術(shù)應(yīng)用包括智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、電信應(yīng)用和倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)應(yīng)用。

智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了ZigBee技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過網(wǎng)關(guān)連接到 Internet，這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。將ZigBee無線通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，一方面可提高家居操作的便捷性，縮減家居成本；另一方面可提高人們的生活居住體驗(yàn)，切實(shí)彰顯該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性。除此之外，ZigBee無線通信技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)有效的信號(hào)抗干擾功能，為人們創(chuàng)造便利的同時(shí)，還可縮減對(duì)其他用戶造成的信號(hào)干擾。

醫(yī)療監(jiān)護(hù)：電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生問題，可以及時(shí)做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。

傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。

無線點(diǎn)餐系統(tǒng)：餐廳 ZigBee無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過在餐廳、吧臺(tái)、廚房、收銀臺(tái)、處理中心部署的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成了完整的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息處理的自動(dòng)化； 服務(wù)員通過手持的點(diǎn)餐終端處理顧客的點(diǎn)單，用戶訂單通過終端和大廳內(nèi)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)的上傳到廚房和收銀臺(tái)，無線通信系統(tǒng)的 ZIGBEE 中心節(jié)點(diǎn)、無線 ZIGBEE 路由和無線點(diǎn)餐終端，夠構(gòu)成一個(gè) 蜂窩狀的通信網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)以多調(diào)方式實(shí)現(xiàn)通信。

其中任何一個(gè) ZIGBEE 路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的 ZIGBEE 路由器組成一個(gè)蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，與 ZIGBEE 中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)置在總服務(wù)臺(tái)，構(gòu)建成一個(gè)完整的 ZIGBEE 無線網(wǎng)絡(luò)，是個(gè)通信非?？煽康木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

智能交通控制系統(tǒng)：采用 ZIGBEE 和太陽能結(jié)合的無線控制系統(tǒng)，無須挖路布設(shè)控制線路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線自動(dòng)組網(wǎng)連接，既降低了系統(tǒng)安裝成本，更重要的是避免了傳統(tǒng)安裝方式對(duì)交通干 擾所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，而且也避免了由于城市快速發(fā)展，道路拓展等變化對(duì)原有預(yù)埋管線的干擾。

工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。

自動(dòng)抄表：抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù)，報(bào)給煤氣、電力或者供水公司，然后根據(jù)讀數(shù)來收費(fèi)。現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來進(jìn)行抄表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。

電信應(yīng)用：在2006年初的時(shí)候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了ZigBee技術(shù)的SIM卡，并命名為“ZSIM”。其實(shí)這種 SIM卡只是把ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯(lián)盟也在2007年4月發(fā)布新聞，說聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用。如果 ZigBee技術(shù)真得可以在電信領(lǐng)域開展起來，那么將來用戶就可以利用手機(jī)來進(jìn)行移動(dòng)支付，并且在熱點(diǎn)地區(qū)可以獲得一些感興趣的信息，如新聞、折扣信息，用戶也可以通過定位服務(wù)獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位服務(wù)已經(jīng)做得很好，但卻很難支持室內(nèi)的定位，而ZigBee的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。

倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)：隨著倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的推廣，對(duì)于無限數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用需求呈現(xiàn)出不斷攀升的趨勢(shì)，于此期間，特別對(duì)無線通信技術(shù)提出了高效、低成本的要求，所以，ZigBee無線通信技術(shù)憑借其安全可靠、多路徑路由方式等特征，尤為適用于倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)中。對(duì)于ZigBee無線通信技術(shù)在倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用，具體而言：

其一，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車輛的調(diào)度安排。因?yàn)檐囕v與控制臺(tái)相互間的聯(lián)系尤為重要，而常規(guī)無線通信協(xié)議難以確?？稍趥}儲(chǔ)物流此類應(yīng)用環(huán)境中的傳輸距離，所以可引入ZigBee無線通信技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)該部分問題的有效解決。

其二，可將網(wǎng)狀ZigBee無線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于倉儲(chǔ)物流中，依托數(shù)據(jù)接力、動(dòng)態(tài)路由等途徑，切實(shí)保證全面系統(tǒng)通信的可靠性、高效性。

其三，對(duì)于倉儲(chǔ)物流中的車輛而言，它們的總是要進(jìn)行不斷的移動(dòng)，而常規(guī)無線通信協(xié)議在找尋最佳路徑時(shí)總是會(huì)表現(xiàn)出靈活性不足的問題，而通過對(duì)ZigBee無線通信技術(shù)的應(yīng)用，憑借其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可滿足信息傳輸路徑不斷轉(zhuǎn)變的需求，并可靈活提供一條理想的傳輸路徑以確保通信的質(zhì)量。所以，依托設(shè)置科學(xué)適用的ZigBee節(jié)點(diǎn)，可促進(jìn)全面物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行。

物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的產(chǎn)品種類越來越多，技術(shù)也越來越成熟，隨著ZigBee技術(shù)的不斷完善，它將成為當(dāng)今世界最前沿的數(shù)字化無線技術(shù)。ZigBee所具有的低功耗、低成本、低速率和使用便捷等顯著優(yōu)勢(shì)，使它必將有著廣闊的應(yīng)用前景。將來，會(huì)有越來越多的具有ZigBee功能的產(chǎn)品進(jìn)人我們的生活，為我們的生活和工作帶來極大的方便和快捷。