無線傳感器從來就不乏用武之地。例如，在家庭保安系統(tǒng)中，無線傳感器安裝起來比需要連線的有線傳感器要容易得多。在工業(yè)環(huán)境中更是如此。在工業(yè)環(huán)境中，線路費(fèi)用通常占傳感器安裝費(fèi)用的80%。而在接線不實(shí)際或不 　　可能的環(huán)境中，更缺不了無線傳感器。 　　可是，問題在于大多數(shù)無線傳感器功耗太高，這意味著它們的電池要么必須非常大，要么必須頻繁充電。此外，一些人還懷疑空中傳送的傳感器數(shù)據(jù)的可靠性，因此無線傳感器似乎沒有太大的吸引力。 　　ZigBee：鎖定無線傳感器 　　然而，一種叫做ZigBee的低功率無線技術(shù)將改寫無線傳感器的歷史。作為一項(xiàng)基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)的安全網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee(圖1)有希望讓無線傳感器出現(xiàn)在各種應(yīng)用中：從工廠的自動(dòng)化系統(tǒng)，到家庭保安系統(tǒng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品。在最近才得到批準(zhǔn)的802.15.4標(biāo)準(zhǔn)配合下，ZigBee將普通小型電池的使用壽命延長(zhǎng)到了幾年時(shí)間。人們預(yù)測(cè)，ZigBee設(shè)備還將十分便宜，一些人估計(jì)，它的銷售價(jià)格最終不到3美元。以如此之低的價(jià)格，它們自然非常適用于無線電燈開關(guān)、無線調(diào)溫器和煙桿探測(cè)器。 　　盡管ZigBee正式規(guī)范還未問世(今年年底應(yīng)當(dāng)?shù)玫叫袠I(yè)組織ZigBee聯(lián)盟的批準(zhǔn))，但ZigBee的前景看起來一片光明。技術(shù)研究機(jī)構(gòu)In-Stat/MDR“謹(jǐn)慎而大膽”地預(yù)測(cè)，802.15.4節(jié)點(diǎn)和芯片組的銷售量，將由目前的基本為零增加到2010年時(shí)的1.65億只。當(dāng)然并不是所有這些設(shè)備都具有ZigBee功能，但可能大部分都具備。研究機(jī)構(gòu)ON World預(yù)測(cè)，2010年時(shí)，無線傳感器RF模塊的出貨量為4.65億只，其中77%具有ZigBee功能。 　節(jié)能：低帶寬的奇跡 　　從某種意義上講，ZigBee光明的未來主要要感謝其低數(shù)據(jù)傳輸速率：根據(jù)所使用的頻帶，能達(dá)到20kbps到250kbps(圖2)。相比之下，藍(lán)牙的標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率為1 Mbps，WiFi的802.11g為54 Mbps。但是，ZigBee不會(huì)像WiFi那樣發(fā)送電子郵件和大型文件，或像藍(lán)牙那樣傳送文檔和音頻數(shù)據(jù)。對(duì)于傳送長(zhǎng)度一般為幾十字節(jié)的傳感器讀數(shù)來說，高帶寬是多余的，而ZigBee的低帶寬有助于它實(shí)現(xiàn)其低功率、低成本和強(qiáng)健性的目標(biāo)。 　　由于ZigBee應(yīng)用的低帶寬要求，ZigBee節(jié)點(diǎn)可以在大部分時(shí)間內(nèi)睡眠，以節(jié)省電池能量，然后蘇醒并迅速發(fā)送數(shù)據(jù)，然后再去睡眠。ZigBee可以在15毫秒或更短的時(shí)間內(nèi)由睡眠模式進(jìn)入活動(dòng)模式，因此即使睡眠的節(jié)點(diǎn)也可以取得合適的低時(shí)延。例如，打開ZigBee無線電燈開關(guān)的人不會(huì)感覺到燈亮前的蘇醒時(shí)延。相比之下，藍(lán)牙的蘇醒時(shí)延一般在3秒左右。 　　ZigBee節(jié)省的大部分能量歸功于802.15.4無線電技術(shù)，后者本身就是為低功率而設(shè)計(jì)的。例如，802.15.4采用DSSS(直接序列擴(kuò)譜)技術(shù)取代FHSS(跳頻擴(kuò)譜)，因?yàn)楹笳邽楸３滞教l會(huì)消耗較多的功率。 　　ZigBee使用802.15.4，可以以幾種不同方式通信，一些方式功耗高于另一些方式。因此，ZigBee用戶按某些方式部署的傳感器網(wǎng)不一定能保證數(shù)年的電池壽命。事實(shí)上，一些計(jì)劃部署由非常小的無線傳感器構(gòu)成的大型網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)人員說，甚至ZigBee都功耗太高，不適合于他們使用。 　　例如，如果ZigBee節(jié)點(diǎn)試圖避免傳送的信號(hào)與其他節(jié)點(diǎn)或其他無線電源的信號(hào)相重疊，ZigBee節(jié)點(diǎn)會(huì)消耗額外的能量。它們必須在發(fā)送信號(hào)之前偵聽空中是否有其他信號(hào)在傳送。 　　“面對(duì)面”式的通信 　　為了盡可能多地節(jié)省能量，ZigBee采用一種“準(zhǔn)備好才發(fā)送”的通信策略，它只在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)，然后再等待自動(dòng)確認(rèn)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士說，“準(zhǔn)備好才發(fā)送”是一種“面對(duì)面”式(in-your-face)的方案，也是一種能量效率非常高的方案。 　　幸運(yùn)的是，這種“面對(duì)面”式策略導(dǎo)致RF干擾非常低。這主要是由于ZigBee節(jié)點(diǎn)具有非常低的占空因數(shù)，只偶爾發(fā)射信號(hào)而且只發(fā)送小量的數(shù)據(jù)。其他ZigBee節(jié)點(diǎn)以及WiFi和藍(lán)牙模塊，可以輕松地應(yīng)付這種少量的、不經(jīng)常的猝發(fā)通信。 　不過，ZigBee的“準(zhǔn)備好才發(fā)送”方案并不是萬能的。例如，在一條由成千上萬個(gè)空投到敵占區(qū)監(jiān)視敵軍動(dòng)向的微型傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，這種方案節(jié)省的能量可能仍不夠用。由于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都定期發(fā)送數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)必須經(jīng)過附近其他網(wǎng)格式分布的節(jié)點(diǎn)多次反復(fù)傳送才能到達(dá)網(wǎng)絡(luò)控制器，大量的數(shù)據(jù)包沖突和重復(fù)傳送會(huì)浪費(fèi)能量，大大縮短傳感器節(jié)點(diǎn)的電池壽命。如果傳感器電池非常小，能量有限的話，這就成了問題。 　　雖然干擾性無線電波接入通常對(duì)于ZigBee不是問題，但有時(shí)可能有問題。傳感器網(wǎng)絡(luò)公司Dust Networks說，干擾問題至少目前防礙了它采用ZigBee，盡管該公司仍是ZigBee聯(lián)盟成員之一。公司官員說:“每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)都需要與鄰居爭(zhēng)奪空域，因此不可避免地出現(xiàn)一定的競(jìng)爭(zhēng)和低效率?！睘榱吮苊鈀igBee的接入競(jìng)爭(zhēng)，Dust使用無競(jìng)爭(zhēng)的TDMA技術(shù)。在一種有點(diǎn)類似TDMA的方案中，ZigBee通過802.15.4 MAC層提供保證的時(shí)隙，但只作為一種可選的“超幀”( superframe)的組成部分提供。這種超幀比TDMA更復(fù)雜，并且能量效率比TDMA低。 　　不過，ZigBee仍有更多的節(jié)能秘技。例如，除了功能更強(qiáng)的全功能設(shè)備(FFD)外，它還通過提供節(jié)能的精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)減少ZigBee部件中的能耗。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)至少需要一部FFD作為控制器，但大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是RFD(圖3)。RFD只能與FFD通信，不能與其他RFD通信，但它們內(nèi)部的電路比FFD少，只有很少或沒有消耗能量的內(nèi)存。 　　ZigBee通過減少對(duì)相關(guān)處理的需要來進(jìn)一步節(jié)省能量。像8051這樣的簡(jiǎn)單8位處理器就可以輕松地完成ZigBee的任務(wù)，而且ZigBee協(xié)議棧占用很少的內(nèi)存。例如，一個(gè)FFD棧需要占用大約32kb，而一個(gè)RFD棧只需要4kb。比它們復(fù)雜得多的藍(lán)牙技術(shù)則需要占用約250kb。 　　ZigBee相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自然節(jié)省了費(fèi)用。RFD由于省掉了內(nèi)存和其他電路，降低了ZigBee部件的成本，而簡(jiǎn)單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。 　　不過降低ZigBee價(jià)格的主要戰(zhàn)略是做大市場(chǎng)和提高產(chǎn)量。ZigBee聯(lián)盟希望通過使ZigBee成為一項(xiàng)開放標(biāo)準(zhǔn)，通過大力推進(jìn)ZigBee設(shè)備間的互操作性，讓ZigBee在家庭和建筑自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域做大做強(qiáng)。該聯(lián)盟目前正在為這些應(yīng)用制定互操作性規(guī)程，這些規(guī)程預(yù)計(jì)將隨ZigBee規(guī)范1.0一起，于今年年底完成。 　　易用性是人們對(duì)ZigBee廣泛用于家庭自動(dòng)化和保安領(lǐng)域持樂觀態(tài)度的原因之一。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以自我組建，因此消費(fèi)者可以很方便地建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以在商用和工業(yè)環(huán)境中自我組建，專業(yè)安裝人員可以利用工具提供進(jìn)一步的控制。 　　ZigBee在安全上十分靈活，用戶可以根據(jù)需要選擇不同的安全水平。例如，用戶在煙霧探測(cè)器上不需要128位公鑰加密，但可在高層建筑的日光燈開關(guān)上實(shí)現(xiàn)。 　　專有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 　　ZigBee的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手幾乎全都出自專有技術(shù)。前面提到過，Dust公司堅(jiān)持使用自己的技術(shù)。Ember公司雖然大舉進(jìn)軍ZigBee領(lǐng)域，但計(jì)劃繼續(xù)提供自己的專有EmberNet。此外，Zensys也向顧客提供其Z-Wave技術(shù)。 　　但是，通過提供互操作性，ZigBee帶來了專有產(chǎn)品無法提供的功能。例如，互操作性使照明系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)可以使用HVAC系統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。 　　不用說，許多主要半導(dǎo)體公司，特別是那些主要從事嵌入式系統(tǒng)的廠商，急切盼望ZigBee進(jìn)入大眾市場(chǎng)。Freescale Semiconductor已經(jīng)開始向一些客戶提供ZigBee就緒技術(shù)。包括AMI、Atmel、Microchip、Philips和Renesas在內(nèi)的其他半導(dǎo)體公司都是ZigBee的支持成員。 　　不過，ZigBee進(jìn)入工業(yè)無線傳感器市場(chǎng)的速度將很緩慢。據(jù)ON World說，讓工業(yè)客戶相信無線傳感器系統(tǒng)的可靠性、健壯性和安全性，將需要5到7年時(shí)間。但ON World看好ZigBee在工業(yè)領(lǐng)域的長(zhǎng)期前景。它預(yù)測(cè)，到2010年，用于工業(yè)監(jiān)控的RF模塊數(shù)量將由今年的190萬增加到1.65億，其中的75%將基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。 　　然而，對(duì)ZigBee的擔(dān)心也在增加。人們擔(dān)心ZigBee可能會(huì)變成一種萬金油技術(shù)，哪一種應(yīng)用都不能非常好地適應(yīng)。例如，一些懷疑論者擔(dān)心，用ZigBee包羅萬象的嘗試可能使ZigBee協(xié)議棧過大，從而讓ZigBee的兩個(gè)目標(biāo)??低功耗和非常低的成本化為泡影。