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

什么是ZigBee技術？

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術。主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。由于蜜蜂（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和遠近信息的，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”，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。

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，功耗低，被業(yè)界認為是最有可能應用在工控場合的無線方式。它是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

Zigbee發(fā)展歷史

Zigbee聯(lián)盟集各聯(lián)盟成員之力，接連發(fā)布多個協(xié)議標準，意圖通過統(tǒng)一的場景標準協(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)盟推出加強型Zigbee Home Automation應用標準。

Zigbee Home Automation標準，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)絡互連的互操作性產(chǎn)品的全球標準。該標準能夠控制空調(diào)系統(tǒng)、電源插座、機動設備、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標準，這是用于消費電子產(chǎn)品和計算機配件（鼠標、鍵盤、觸摸板和其它輸入設備）的人機交互設備的新的全球標準。

2012年4月18日，Zigbee聯(lián)盟宣布完成Zigbee Light Link標準的制定和認證。

Zigbee Light Link標準，為照明行業(yè)的消費照明和控制裝置的互操作性產(chǎn)品提供全球標準。該標準是由眾多企業(yè)提供支持的開放性全球標準，為LED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是第一個基于IPv6的全無線網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案的開放標準，提供無縫互聯(lián)網(wǎng)連接控制低功耗、低成本設備。Zigbee IP是專門為支持即將推出的應用標準Zigbee Smart Energy（智能能源）2.0而設計的。

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正式推出最Zigbee3.0標準。Zigbee3.0 基于 IEEE 802.15.4 標準、工作頻率為2.4 GHz(全球通用頻率)、使用 Zigbee PRO 網(wǎng)絡，由Zigbee聯(lián)盟市場領先的無線標準統(tǒng)一而來，是第一個統(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IoT網(wǎng)絡上，這種語言將改變現(xiàn)在多種設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，ZigBee具有如下特點:

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。

（1）低功耗：在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比之下藍牙可以工作數(shù)周、WiFi可以工作數(shù)小時;

（2）低成本：通過大幅簡化協(xié)議是成本很低（不足藍牙的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(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee的協(xié)議專利免費;

（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)點間的距離。如果通過路由和節(jié)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(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要3-10s、WiFi需要3s;

（6）高容量：ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng);

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

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

ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

ZigBee技術的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)很簡單，不像諸如藍牙和其他網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)通常分為7層，而ZigBee技術僅分為4層，如圖所示。

　圖 ZigBee協(xié)議棧

在ZigBee技術中，PHY層和 MAC層采用IEEE 802.15.4協(xié)議標準，其中，PHY層提供了兩種類型的服務：即通過物理層管理實體接口對PHY層數(shù)據(jù)和PHY層管理提供服務。PHY層數(shù)據(jù)服務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)單元來實現(xiàn)。

PHY層的特征是啟動和關閉無線收發(fā)器，能量監(jiān)測，鏈路質(zhì)量，信道選擇，清除信道評估，以及通過物理介質(zhì)對數(shù)據(jù)包進行發(fā)送和接收。同樣，MAC層也提供了兩種類型的服務：通過MAC層管理實體服務接人點向MAC層數(shù)據(jù)和MAC層管理提供服務。MAC層數(shù)據(jù)服務可以通過PHY層數(shù)據(jù)服務發(fā)送和接收MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元

MAC層的具體特征是：信標管理，信道接入，時隙管理，發(fā)送確認幀，發(fā)送連接及斷開連接請求。除此以外，MAC層為應用合適的安全機制提供一些方法。

ZigBee技術的網(wǎng)絡/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)絡安全等；應用層主要為ZigBee技術的實際應用提供一些應用框架模型等，以便對ZigBee技術進行開發(fā)應用。

Zigbee技術應用場景

基于Zigbee技術的傳感器網(wǎng)絡應用非常廣泛，可以幫助人們更好地實現(xiàn)生活夢想。Zigbee技術應用包括智能家庭、工業(yè)控制、自動抄表、醫(yī)療監(jiān)護、傳感器網(wǎng)絡應用、電信應用和倉儲物流系統(tǒng)應用。

智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設備，如電燈、電視機、冰箱、洗衣機、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應、報警器和攝像頭等設備，以前我們最多可能就做到點對點的控制，但如果使用了ZigBee技術，可以把這些電子電器設備都聯(lián)系起來，組成一個網(wǎng)絡，甚至可以通過網(wǎng)關連接到 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無線通信技術應用于智能家居領域，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，切實彰顯該項技術的實用性。除此之外，ZigBee無線通信技術還可實現(xiàn)有效的信號抗干擾功能，為人們創(chuàng)造便利的同時，還可縮減對其他用戶造成的信號干擾。

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

傳感器網(wǎng)絡應用：傳感器網(wǎng)絡也是最近的一個研究熱點，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測、環(huán)境保護等方面都有很好的應用前景。傳感器網(wǎng)絡要求節(jié)點低成本、低功耗，并且能夠自動組網(wǎng)、易于維護、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢使得它成為傳感器網(wǎng)絡應用的一個很好的技術選擇。

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

其中任何一個 ZIGBEE 路由器，負責與中心網(wǎng)絡的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的 ZIGBEE 路由器組成一個蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡，與 ZIGBEE 中心節(jié)點連接，中心節(jié)點設置在總服務臺，構(gòu)建成一個完整的 ZIGBEE 無線網(wǎng)絡，是個通信非常可靠的網(wǎng)絡結(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)，無須挖路布設控制線路，各設備之間實現(xiàn)無線自動組網(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)安裝方式對交通干 擾所帶來的經(jīng)濟損失，而且也避免了由于城市快速發(fā)展，道路拓展等變化對原有預埋管線的干擾。

工業(yè)控制：工廠環(huán)境當中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術把它們連接成一個網(wǎng)絡進行監(jiān)控，加強作業(yè)管理，降低成本。

自動抄表：抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個月或每個季度可能都要統(tǒng)計一下讀數(shù)，報給煤氣、電力或者供水公司，然后根據(jù)讀數(shù)來收費。現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來進行抄表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個領域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過ZigBee網(wǎng)絡把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進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，當發(fā)現(xiàn)能源使用過快的時候可以自動降低使用速度。

電信應用：在2006年初的時候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了ZigBee技術的SIM卡，并命名為“ZSIM”。其實這種 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)電信相關的應用。如果 ZigBee技術真得可以在電信領域開展起來，那么將來用戶就可以利用手機來進行移動支付，并且在熱點地區(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獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位服務已經(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這一缺陷。

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

其一，對現(xiàn)場車輛的調(diào)度安排。因為車輛與控制臺相互間的聯(lián)系尤為重要，而常規(guī)無線通信協(xié)議難以確保可在倉儲物流此類應用環(huán)境中的傳輸距離，所以可引入ZigBee無線通信技術以實現(xiàn)對該部分問題的有效解決。

其二，可將網(wǎng)狀ZigBee無線通信技術網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)應用于倉儲物流中，依托數(shù)據(jù)接力、動態(tài)路由等途徑，切實保證全面系統(tǒng)通信的可靠性、高效性。

其三，對于倉儲物流中的車輛而言，它們的總是要進行不斷的移動，而常規(guī)無線通信協(xié)議在找尋最佳路徑時總是會表現(xiàn)出靈活性不足的問題，而通過對ZigBee無線通信技術的應用，憑借其網(wǎng)絡拓撲結(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，依托設置科學適用的ZigBee節(jié)點，可促進全面物流倉儲系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運行。

物聯(lián)網(wǎng)市場的產(chǎn)品種類越來越多，技術也越來越成熟，隨著ZigBee技術的不斷完善，它將成為當今世界最前沿的數(shù)字化無線技術。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，使它必將有著廣闊的應用前景。將來，會有越來越多的具有ZigBee功能的產(chǎn)品進人我們的生活，為我們的生活和工作帶來極大的方便和快捷。