在智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(lǐng)域。關(guān)于ZigBee，下文采用問答形式向你詳細地介紹了方方面面，不夸口的說，你所需要知道的關(guān)于ZigBee的一切，全在這里了！

ZigBee起源什么技術(shù)？

在藍牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領(lǐng)域而言，藍牙技術(shù)顯得太復雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，……而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強烈，而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，ZigBee協(xié)議在2003年中正式問世了。另外，ZigBee使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡的通信協(xié)議Home RF Lite。

什么是ZigBee？

首先ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)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(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)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(shù)。

ZigBee技術(shù)有哪些特點？

ZigBee的特點主要有以下幾個方面：

（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。

為什么說ZigBee是順應工業(yè)自動化對可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需求而產(chǎn)生的？

ZigBee技術(shù)本身，就是因為蘭牙技術(shù)不能滿足工業(yè)自動化中，對低數(shù)據(jù)量，低成本，低功耗，高可靠性的無線數(shù)據(jù)通信的需求而產(chǎn)生的。因為，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必需是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。ZigBee技術(shù)中，使用網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，自動路由，動態(tài)組網(wǎng)，直序擴頻的方式。就是為了滿足工業(yè)自動化控制現(xiàn)場的這種需要。

ZigBee使用那種協(xié)議？

IEEE802.15.4協(xié)議，這是一種低傳送速率的無限PAN的協(xié)議。在標準化方面，IEEE802.15.4工作組主要負責制定物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標準，高層應用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負責。

為什么ZigBee無線通信使用2.4G頻段是免費頻段？

在我國和世界上大多數(shù)其他國家，一般使用無線電設備都是要付頻率使用費的，包括手機通信，只不過移動運營商已經(jīng)向國家支付了這筆費用，并通過號碼占用費等方式向用戶收取了這筆費用。在使用其它無線設備時，你首先要向國家相關(guān)部門申請頻率使用許可，然后根據(jù)你的無線設備所使用的頻率，功率大小和數(shù)量收取費用。這是一筆不小的費用，一般設備一年往往要交納幾千元的費用。而免費頻段，是指各個國家根據(jù)各自的實際情況，并考慮盡可能與世界其他國家規(guī)定的一致性，而劃分出來的一個頻段，專門用于工業(yè)，醫(yī)療以及科學研究使用（ISM頻段），不需申請而可以免費使用的頻段。我們國家的2.4G頻段，就是這樣一個頻段。然而，為了保證大家都可以合理使用，國家對該頻段內(nèi)的無線收發(fā)設備，在不同環(huán)境下的使用功率做了相應的限制。例如在城市環(huán)境下，發(fā)射功率不能超過100mW。

ZigBee僅適合近距離通信嗎？

ZigBee局域網(wǎng)絡不僅可以通過提高每個節(jié)點模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)點數(shù)量來擴展網(wǎng)絡，而且還可以通過傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)去監(jiān)控路途遙遠的ZigBee控制網(wǎng)絡。但是，在進行擴張要注意的是：（1）隨著發(fā)射功率的增加，耗電量自然要增大，只要求耗電也大，便會失去ZigBee本身電能消耗很低的優(yōu)勢;（2）盡管2.4Ghz是免費頻段，但是不能超過電波法中對于最大功率的限制。

ZigBee采用直序擴頻的通信方式有什么好處？

同樣的頻段，采用不同的通信方式則結(jié)果也許會有很大的差別，例如ASK，F(xiàn)SK，F(xiàn)HSS，DSSS等的抗干擾能力，通信安全保密性，可靠性都各不相同。ZigBee系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)一樣，都采用的是直序擴頻技術(shù)（DSSS），它是一種抗干擾能力極強，保密性和可靠性都很高的通信方式。如果你使用過這兩種技術(shù)的通信產(chǎn)品，你會發(fā)現(xiàn)兩者在可靠性上不同凡響。

由于擴頻技術(shù)在正常通信時所要求的信噪比可以很低，就是說，在干擾很強的環(huán)境下，它仍然能夠正常工作。根據(jù)計算和實驗，這相當于接收靈敏度提高了7dBm。它也不容易干擾別人。換句話說，它可以使用較低的功率傳輸更遠的距離。下面引用擴頻技術(shù)優(yōu)越性有關(guān)的一些資料供參考：

CDMA是繼世界上推出數(shù)字通信技術(shù)之后，1995年又推出的一種新型數(shù)字蜂窩技術(shù)，它利用數(shù)字傳輸方法，采用擴頻通信技術(shù)，大幅度地提高了頻率利用率，具有容量大、覆蓋范圍廣、手機功耗小、話音質(zhì)量高的突出優(yōu)點，將移動通信技術(shù)推向發(fā)展新階段。CDMA（碼分多址連接）蜂窩系統(tǒng)與FDMA（頻分多址連接）和TDMA（時分多址連接）系統(tǒng)相比，CDMA系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點：

（1）抗干擾性能好由于CDMA 經(jīng)過擴頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。

（2）抗多徑衰落能力強多徑衰落是影響移動通信質(zhì)量的一個突出問題，通常必須采取空間分集、自適應均衡等技術(shù)加以克服，還有較大衰落余量。CDMA系統(tǒng)可以利用多徑信號提供路徑分集，這樣不但緩和瑞利衰落，而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落，從而大大提Qualcomm.html‘ target=’_blank‘>高通信質(zhì)量。

（3）系統(tǒng)容量增大對于FDMA與TDMA，若小區(qū)的頻點或時隙一分配完，則小區(qū)就不能接收新的呼叫，容量有硬性限制。而CDMA是干擾受限系統(tǒng)，在指定的干擾電平下，即使用戶數(shù)已達到限定數(shù)目時，也還允許增加個別用戶，其缺點是造成話音質(zhì)量下降。業(yè)務提供者可在容量與話音質(zhì)量之間進行平衡。CDMA精確的功率控制和軟切換技術(shù)大大降低了干擾信號的強度和所需的信噪比要求，而且有效地采用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接收、功率控制。據(jù)介紹，CDMA信噪比是DAMPS、TDMA的3.7倍，是TACS的11.2倍，是AMPS的13.6倍，是FM/FDMA方式的20倍。

（4）通信質(zhì)量好CDMA系統(tǒng)采用直接序列擴頻技術(shù)，綜合應用時間分集、頻率分集、空間分集、路徑分集等多種分集技術(shù)克服多徑效應，可以獲得很強的抗干擾能力，加上它在越區(qū)切換時采用先建立后中斷的軟切換技術(shù)，保證了CDMA的通信質(zhì)量，特別在越區(qū)切換時無乒乓效應。本系統(tǒng)屬寬帶低噪比，波形允許采用高冗余度糾錯編碼和高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)來確保高質(zhì)量話音和數(shù)據(jù)傳輸。

（5）頻率利用率高CDMA系統(tǒng)的同一頻率，可以在所有小區(qū)內(nèi)重復使用，其頻率復用率為2/3（FDMA和TDMA的頻率復用率為1/7），不需要FDMA和TDMA那樣進行頻率配置，大大簡化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入。

（6）多址能力強CDMA系統(tǒng)多址能力決定擴頻編碼間的多址干擾大小，它與使用的擴頻編碼方案有關(guān)，與同時發(fā)送信號的用戶間的多址干擾（即擴頻編碼的相關(guān)特性）有關(guān)，與允許的接收質(zhì)量有關(guān)（輸出信噪比），因此同時工作用戶間的多址干擾越低，能允許的接收質(zhì)量越低，CDMA技術(shù)的多址能力就越強。

（7）高度可靠的保密安全性CDMA移動通信系統(tǒng)是一個保密通信系統(tǒng)，若再加一定的加密算法技術(shù)，能大大提高通信保密性能，這是FDMA、TDMA系統(tǒng)所無法比擬的。分析其采用的擴頻系統(tǒng)，要想截獲別人的通信內(nèi)容幾乎是不可能的，如只要機內(nèi)鋰電池不放完電，它以512KHz的時鐘頻率加以改變其序列的即時狀態(tài)，即使是連續(xù)工作，它的擴頻地址序列周期也長達7年。它還可以方便地在CDMA系統(tǒng)設置和改變主密鑰、副密鑰、擴頻碼表、標準加密算法等，使通信的保密性更為可靠。

（8）手機功耗小CDMA采用功率控制后，僅在衰落期間調(diào)高發(fā)射功率電平，從而使平均發(fā)射功率減小，F(xiàn)DMA的最小功率為5mW、平均發(fā)射功率為794 mW、峰值功率為3W，而CDMA的最小功率為2.3mW、平均發(fā)射功率為5 mW、 峰值功率為100mW。由此可見CDMA的平均發(fā)射功率和最大發(fā)射功率比FDMA低，從而使系統(tǒng)容量增加，減少了小區(qū)數(shù)和降低設備成本。

ZigBee與現(xiàn)有數(shù)傳電臺的比較有哪些特點？

其優(yōu)點如下：

（1） 可靠性高：由于ZigBee模塊的集成度遠比一般數(shù)傳電臺高，分離元器件少，因而可靠性更高;

（2） 使用方便安全：因為集成度高，比起一般數(shù)傳電臺來，ZigBee收法模塊體積可以做得很小，而且功耗低，最大發(fā)射電流比一個CDMA手機還要小許多，因而很容易集成或直接安放在到設備之中，不僅使用方便，而且在戶外攜帶使用時不容易受到損壞;

（3） 抗干擾力強，保密性好，誤碼率低：ZigBee收發(fā)模塊使用的是2.4G 直序擴頻技術(shù)，比起一般FSK，ASK和跳頻的數(shù)傳電臺來，具有更好的抗干擾能力，和更遠的傳輸距離;

（4） 免費頻段：ZigBee使用的是免費頻段，而許多數(shù)傳電臺所使用的頻段不僅需要申請，而且每年都需要向國家無委會交納相當?shù)念l率使用費;

（5） 價格低： ZigBee數(shù)傳模塊的價格只有具有類似功能的數(shù)傳電臺的幾分之一。

ZigBee是具有怎樣的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡？

簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡，ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的75米到幾百米、幾公里，并且支持無線擴展。

ZigBee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，十分類似現(xiàn)有的移動通信CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個ZigBee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡的一個基站，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，它們之間可以進行相互通信;每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里。

與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉(zhuǎn)任務的孤立的子節(jié)點（RFD）無線連接。

每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點（FFD和RFD）可以支持多達31個的傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備終可以有8種不同的接口方式?？梢圆杉蛡鬏敂?shù)字量和模擬量。

ZigBee所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？

舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，當一隊傘兵空降后，每人持有一個ZigBee網(wǎng)絡模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡。他們預先無法判斷誰雨，而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡還會發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡，對原有網(wǎng)絡進行刷新。這就是自組織網(wǎng)。

ZigBee技術(shù)為什么要使用自組織網(wǎng)來通信？

網(wǎng)狀網(wǎng)通信實際上就是多通道通信，在實際工業(yè)現(xiàn)場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達目的地。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制而言則非常重要。

為什么自組織網(wǎng)要采用動態(tài)路由的方式？

所謂動態(tài)路由是指網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A先設定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡當時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。在我們的網(wǎng)絡管理軟件中，路徑的選擇使用的是“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點的通路進行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達目的地為止。在實際工業(yè)現(xiàn)場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

ZigBee 和現(xiàn)有的通信移動網(wǎng)（GPRS，CDMA-1X）比較有哪些特點？

其特點為：

（1） 無網(wǎng)絡使用費：使用移動網(wǎng)需要長期支付網(wǎng)絡使用費，而且是按節(jié)點終端的數(shù)量計算的，而ZigBee沒有這筆費用;

（2） 設備投入低：使用移動網(wǎng)需要購買移動終端設備，每個終端的價格在人民幣1000元上下，而使用ZigBee網(wǎng)絡，不僅ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點模塊（相當于基站）費用每只人民幣不到1000元，而且，主要使用的網(wǎng)絡子節(jié)點（相當于手機）的價格還要低得多;

（3） 通信更可靠：由于現(xiàn)有移動網(wǎng)主要是為手機通信而設計的，盡管CDMA-1X和GPRS可以進行數(shù)據(jù)通信，但實踐發(fā)現(xiàn)，不僅通信速率比設計速率低很多，而且數(shù)據(jù)通信的可靠信、連續(xù)性在許多情況下也得不到保證。而ZigBee網(wǎng)絡則是專門為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設計的，因而控制數(shù)據(jù)的傳輸具有相當?shù)谋ＷC;

（4） 高度的靈活性和低成本：首先，通過使用覆蓋距離不同，功能不同的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，以及其它非ZigBee系統(tǒng)的低成本的無線收發(fā)模塊，建立起一個ZigBee局部自動化控制網(wǎng)，再通過互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)與遠端的計算機相連，從而實現(xiàn)低成本，高效率的工業(yè)自動化遙測遙控;

（5） 比起現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)來，盡管ZigBee僅僅只是一個局域網(wǎng)，但通過供足夠的數(shù)據(jù)出口，它可以“無限”擴大它的覆蓋范圍，而且可以與現(xiàn)有的移動網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)和其它通信網(wǎng)絡相連接。并通過這些網(wǎng)絡將許多個ZigBee局域網(wǎng)相互連成為一個整體。有效的解決移動網(wǎng)的盲區(qū)覆蓋問題：我們知道，現(xiàn)有移動網(wǎng)絡在許多地方存在盲區(qū)，特別是鐵路，公路，油田，礦山等野外，更是如此。而增加一個移動基站或直放站的費用是相當可觀的，此時使用ZigBee網(wǎng)絡進行盲區(qū)覆蓋不僅經(jīng)濟有效，而且往往是現(xiàn)在唯一可行手段。

ZigBee怎樣實現(xiàn)遠距離遙測遙控？

ZigBee 網(wǎng)絡還可以通過接口卡等多種方式，與互聯(lián)網(wǎng)，GPRS網(wǎng)，CDMA1x網(wǎng)以及其它通信系統(tǒng)線連接，從而實現(xiàn)遠程操控。你也可以通過其它網(wǎng)絡，將兩個或多個局部ZigBee 網(wǎng)絡連接在一起。

ZigBee技術(shù)有哪些應用領(lǐng)域？

ZigBee技術(shù)的目標就是針對，工業(yè)，家庭自動化，遙測遙控，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應用領(lǐng)域。

ZigBee實現(xiàn)了哪些工業(yè)現(xiàn)場對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?/strong>