ZigBee一词来源于蜜蜂用来传递信息的ZigZag形舞蹈,当蜜蜂察觉到花粉时,蜜蜂通过ZigZag形舞蹈来告诉伙伴花粉的位置信息,ZigBee技术就是通过这样的信息传递方式,对信息进行获取和交换的。ZigBee技术是最近几年发展起来的一种无线通信技术,它主要面向短距离的通信,具有复杂度低、功耗低的优点。

1993年3月,旨在建立一种短距离、低传输速率、低功耗的无线通信协议标准,WAN 小组开发了三种不同的WAN 标准,现在的ZigBee技术就为其中一种标准。2001年8月,ZigBee联盟成立。2002年8月,英维斯、摩托罗拉、三菱电气、飞利浦公司共同加盟。2004年年底,联盟公布了ZigBee V1.0版标准,从此有了ZigBee网络层、应用层规范的定义。2007年年底,推出了增强功能的ZigBee协议升级版ZigBeePRO。2009年年初,为了实现ZigBee技术的通用性,ZigBee采用互联网工程任务组的6Lowpan标准作为智能电网SEP 2.0的标准,实现了端到端的网络通信。ZigBee被广泛应用于工业自动化、传感器网络、医疗、军事等行业,随着信息通信的发展,ZigBee技术正呈现出蓬勃的发展趋势。

ZigBee无线通信技术大多应用于远程监控和自动控制领域。ZigBee工作在专门为工业、医疗以及科研而划分出来的频段,不用申请便能无偿使用。ZigBee模块集成了单片机、无线射频收发模块和ZigBee协议模块,可以用无线收发的方式传输数据信息,所以又称为无线单片机。ZigBee标准并不是一个全新的协议标准,它是对无线局域网协议标准的补充和增强。

在无线通信领域中,对于速率和功耗要求相对较低的行业,一般首选ZigBee技术,其主要特点如下：

1.低成本

相对于蓝牙、Wi-Fi等短距离通信技术来说,ZigBee技术简化了许多不必要的协议,从而降低了对通信控制器的要求。另外,ZigBee协议不需要专利申请费用,并且ZigBee设备的初期成本比较低。

2.低速率

ZigBee按照工作频段的不同,选取与之对应的传输速率,在868MHz频段传输速率为20kbps,在915MHz频段传输速率为40kbps,在2.4GHz频段传输速率为250kbps,根据以上参数来看,它们都处于较低的传输速率范围。在传感器和智能监控方面,一般应用20kbps的速率即可；在计算机外设和智能玩具中,需求速率为250kbps。

3.低功耗

ZigBee网络中的设备节点分为三种,分别是协调器节点、路由器节点和终端节点。低功耗指的是终端节点,ZigBee的传输速率低,每次传输数据量很少,因而信号收发周期短,当停止数据的收发时,节点处于休眠状态。除此之外,ZigBee节点搜索、睡眠激活、信道接入时间都很短,所以ZigBee功耗很低。两节5号电池可以供电半年时间,而在相同情况下蓝牙只能坚持数周,Wi-Fi只能坚持数小时。

4.短时延

ZigBee响应速度相对较快,搜索到周围设备节点的时间一般只需30ms,活动设备节点接入信道的时间为15ms,设备从休眠状态到正常工作状态所需时间也是15ms。而蓝牙设备需在3～10s完成整个组网的响应过程,Wi-Fi设备则需在3s内完成。因此,对时延要求比较高的工业控制场所,一般采用ZigBee技术。

5.免申请许可无线通信频段(www.daowen.com)

ZigBee选用直接序列扩频在ISM 频段,此频段是国际通信联盟无线电通信局定义的,主要开放给工业、科学、医学三个主要机构使用,属于Free License,也就是说,无需授权许可,即可无偿使用,只需要遵守低于一定的发射功率(一般低于1W),并且不要对其他频段造成干扰即可。ISM 频段就是全球通用的2.4GHz频段、欧洲的868MHz频段以及北美的915MHz和5.8GHz频段。这样一来,ZigBee产品中对频率的限制就会消除,从而与国际标准接轨。

6.多种组网方式

ZigBee网络具有多种组网方式,以网络协调器为中心,可以组成星型网络、树型网络和网状型网络三种网络拓扑结构。当终端位置移动,联络对象发生变化时,ZigBee网络还可以寻找新的通信对象,形成新的网络,实现其网络的动态变化。

7.数据传输可靠

ZigBee的媒体接入控制层采用CSMA/CA 协议,并且在信道中预留时隙,避免了数据发送过程中的冲突和竞争现象。另外,每发送一个数据包前,发送端需要发送一段请求传送报文给目标端,当目标端回应报文后,发送端才可发送数据,如果传输过程中出现问题,可以重新发送数据,增强了通信数据的可靠性。

8.网络容量大

ZigBee网络设备节点类型可以分为三种：位于核心的ZigBee协调器,用于搭建网络,并且为添加到该网路的节点设备分配网络地址,整个ZigBee网路只包含一个协调器；ZigBee终端设备节点,可以起到控制和采集数据的功能,并使用ZigBee网络传输数据到协调器节点或路由节点,该节点不需要很大的存储空间；ZigBee路由器,位于协调器节点和终端节点之间,起关联作用,ZigBee树型拓扑网络和网状型拓扑网络都可以设置多个路由器节点。一个ZigBee网络最多可达(28-1)个网络节点,其中有唯一的一个父节点,另外的都是子节点。通过网络协调器后,整个网络可支持6万多个ZigBee网络节点,非常适宜在搭建城市的传感器网络中使用。

9.自配置

ZigBee网络通信设备在建立连接时首先会通知智能感知搜索设备,智能感知搜索设备根据排查,确定哪个ZigBee模块在协调器组网内部,然后通过网络协调器建立网络,采用载波侦听/冲突检测方式将设备节点加入预设信道内,当节点设备退出或加入时,ZigBee网络能够自动修复,这种自配置能力保证了系统的正常运行。

10.近距离

ZigBee设备发射功率较小,所以节点间通信距离较短,一般在10～100m 范围内,增加射频功率放大器后可达到1～3km,通过路由器转发设备可以使传输距离进一步增大。