無線傳感器從來就不乏用武之地（dì）。例如（rú），在家庭保安係統中，無線傳感器（qì）安裝起來比需要連（lián）線的有線傳感器要容易得多。在工業環境（jìng）中更是如此。在工（gōng）業環境中，線路費用通常占（zhàn）傳感器安裝費用的80%。而（ér）在（zài）接線不實際或不 　　可能的環境中（zhōng），更缺不了無線傳感器。 　　可（kě）是，問題在於大多數無線傳感器功耗太高，這意味著（zhe）它們的電池要麽必須（xū）非常大，要（yào）麽必須頻繁充電。此外，一些人還懷疑空中傳送的傳感器數據的可靠（kào）性，因此無（wú）線傳感器似乎沒有太（tài）大的吸引（yǐn）力。 　　ZigBee：鎖定無線（xiàn）傳感器 　　然而，一種叫做ZigBee的低功率無線技術將改寫無線傳感器的曆（lì）史。作為一項基於IEEE 802.15.4無（wú）線標準的安全網絡技術（shù），ZigBee(圖1)有希望讓無線傳感器出現在各種應用中：從工（gōng）廠的自動化係統，到家庭保安係統和消費電子產品（pǐn）。在最（zuì）近才得到批準的802.15.4標（biāo）準（zhǔn）配合（hé）下，ZigBee將（jiāng）普通小型電池的使用壽命延長到了（le）幾年時間。人們預測，ZigBee設備還（hái）將十分便宜，一些人估計，它的銷售價格最終不到3美元。以如此之低的價格，它們自然非常適用於無線電燈開（kāi）關、無線調溫器和煙杆探測器。 　　盡管ZigBee正式（shì）規範還未問世(今年年底應當得到行業組織ZigBee聯盟的批準)，但ZigBee的前景看起來一片光（guāng）明。技術研究機構In-Stat/MDR“謹（jǐn）慎而大膽”地預測，802.15.4節點和芯片組的銷售量，將（jiāng）由目前的基（jī）本為零增加到2010年時的（de）1.65億（yì）隻。當然並不是所有這些設備都具有ZigBee功能，但可能（néng）大（dà）部分都具備。研（yán）究（jiū）機構ON World預測，2010年時，無線（xiàn）傳（chuán）感器RF模塊（kuài）的出貨量為4.65億隻，其中77%具有ZigBee功能。 　節能：低帶寬的奇跡 　　從某種（zhǒng）意義上講，ZigBee光明的未來主要（yào）要感謝其低數據傳輸速率：根據（jù）所使用（yòng）的頻帶，能達到20kbps到250kbps(圖2)。相比（bǐ）之下，藍牙的標稱數據速率為1 Mbps，WiFi的802.11g為54 Mbps。但是（shì），ZigBee不（bú）會（huì）像WiFi那樣發送電子郵件和大型文件，或像藍（lán）牙（yá）那樣傳送文檔和音頻數據。對於傳送長度一（yī）般為幾十字節的（de）傳感器讀數（shù）來說，高帶寬是多餘的，而ZigBee的（de）低帶寬有助於它實現其低功率、低成本和強健性的目標。 　　由（yóu）於ZigBee應用的低帶寬（kuān）要求，ZigBee節點可以在大部分時間內睡眠，以節省電池能量，然後（hòu）蘇醒並（bìng）迅速發送數據，然後再去睡（shuì）眠。ZigBee可以在15毫秒或更短的時間內（nèi）由睡眠模式進入活（huó）動模式，因此即使睡眠的節點也可以取得合適的（de）低時延。例如，打開ZigBee無線電（diàn）燈（dēng）開關的人（rén）不會感覺到燈亮前的蘇醒時延。相比之下，藍牙（yá）的蘇醒時延一般在3秒左（zuǒ）右。 　　ZigBee節（jiē）省的大部分能量歸功於（yú）802.15.4無線電技術，後者本身就是為（wéi）低功率而設計的。例如，802.15.4采用DSSS(直接序列擴（kuò）譜)技術取代FHSS(跳頻擴譜（pǔ）)，因為後者為保持（chí）同步跳頻會消耗較多的功率。 　　ZigBee使用802.15.4，可以以幾（jǐ）種不同方式通信，一些方式功耗高於另一些方式。因此，ZigBee用戶按某些方式部署（shǔ）的傳感器網（wǎng）不一定能保證數（shù）年的電（diàn）池壽命。事實上，一些計劃部署（shǔ）由非常小的無線（xiàn）傳感器（qì）構成的大型網絡的技術人員說，甚（shèn）至ZigBee都功耗太（tài）高（gāo），不適合於他們使（shǐ）用。 　　例如，如果ZigBee節點試圖避免傳送的信號與其他節點或其他無線電源的信（xìn）號相重疊，ZigBee節點會消耗額外的能量。它們必須在發送信號之前（qián）偵聽空中是否有其他信（xìn）號在傳送。 　　“麵對麵”式的通信 　　為了盡（jìn）可能多地節省能量，ZigBee采（cǎi）用一種“準備好（hǎo）才發送”的通信策略，它隻在有數據（jù）要發送（sòng）時才發送數據，然後（hòu）再等待自動（dòng）確認。據業內（nèi）人士說，“準備（bèi）好才發送”是一種“麵對麵”式(in-your-face)的方案，也是一種能量效率非常高的方案。 　　幸運的是，這種“麵對麵”式策略導致RF幹擾非（fēi）常低。這主要是由於ZigBee節點具有非（fēi）常低（dī）的占空因數，隻偶爾發射信號而且隻發送小量的（de）數據。其他ZigBee節點以及WiFi和藍牙模塊，可（kě）以輕鬆地應付這種少量的、不經常的猝發通信。 　不過，ZigBee的“準（zhǔn）備好才發（fā）送”方案並不（bú）是萬能的。例如，在一條由成千上萬個空投到敵（dí）占區監視（shì）敵（dí）軍動向的微型傳感器構成的網絡中，這種方案節（jiē）省的能量可能仍不（bú）夠用。由於每個網絡節（jiē）點都定期發（fā）送數據，而且數據必須經（jīng）過附近其他網格式分布的（de）節點多次反複傳送才能到達網絡控（kòng）製器，大（dà）量的數（shù）據包衝突和重複傳送會浪費能量，大大縮短傳感器節點的電池壽命。如果（guǒ）傳感（gǎn）器電池（chí）非常小，能量有限的（de）話，這就成了（le）問題。 　　雖然（rán）幹擾性（xìng）無線電波接入通常（cháng）對於ZigBee不是問題，但有時可能有問題。傳感器網絡公（gōng）司Dust Networks說，幹擾問題至少目前防礙了（le）它采用ZigBee，盡管（guǎn）該（gāi）公（gōng）司仍（réng）是ZigBee聯盟成員之一。公司（sī）官員說:“每個ZigBee節（jiē）點都需要與鄰居爭奪空域，因此不可避免地出現一定的競爭和低效率。”為了（le）避免ZigBee的接入競爭，Dust使用無競爭的TDMA技術。在一種有點類似TDMA的方（fāng）案中，ZigBee通過802.15.4 MAC層提供保證的時隙，但隻作為一種（zhǒng）可（kě）選的“超幀”( superframe)的組成部分提（tí）供。這種超幀比TDMA更複雜，並且能量效率比TDMA低。 　　不過，ZigBee仍（réng）有更多的節能秘技。例如，除了功能更強的全功能設備(FFD)外，它還（hái）通（tōng）過提供節能的精（jīng）簡功能設備(RFD)減少ZigBee部件（jiàn）中的能耗（hào）。每個ZigBee網絡至少（shǎo）需要一部FFD作為（wéi）控製器（qì），但大多數網絡（luò）節（jiē）點可以是RFD(圖3)。RFD隻能（néng）與FFD通信，不能與其他RFD通信，但它們內部的電路比FFD少，隻有很少或沒有消（xiāo）耗能量的內存。 　　ZigBee通過減少對相（xiàng）關處（chù）理的需要來進一（yī）步節省能量。像8051這樣的簡（jiǎn）單8位處（chù）理器就可以輕鬆地完成ZigBee的任務，而且ZigBee協議棧占用（yòng）很少的內存。例如，一（yī）個FFD棧需要占用大約32kb，而一個RFD棧隻需要4kb。比它（tā）們複雜得多的藍牙技術則（zé）需要占用（yòng）約250kb。 　　ZigBee相對簡單的實現自然節省了費用。RFD由於省掉了內存（cún）和其他電路，降低（dī）了ZigBee部件的（de）成本，而簡（jiǎn）單的8位處理（lǐ）器和小協議（yì）棧也有助（zhù）於降低成本。 　　不過降低ZigBee價格的主要戰略是做大市場和提高產量。ZigBee聯盟希望通過使ZigBee成為一（yī）項開放標準，通（tōng）過大力推進ZigBee設備間（jiān）的互操作性，讓ZigBee在家庭和建（jiàn）築自動化等應用領域做大（dà）做強。該聯盟目前正在為這些應用製定互操作性規程，這些規（guī）程預計（jì）將隨ZigBee規範1.0一起，於今年年底完成。 　　易用性是人們對ZigBee廣泛用於家庭自動化和保安領域持（chí）樂觀（guān）態度的原因之一。ZigBee網絡可以自（zì）我組建，因此消費（fèi）者可以很方便地建設網絡。ZigBee網絡還（hái）可以在商用和工業環境中自（zì）我組建，專業安裝人員可以（yǐ）利用工具提供進一步的控製。 　　ZigBee在安全上十分靈活（huó），用戶可以（yǐ）根據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（yào）128位公鑰（yào）加密，但可在（zài）高層建築的日光燈開（kāi）關上實現（xiàn）。 　　專有技術競爭對手 　　ZigBee的競爭（zhēng）對手幾乎全都出自專有技術。前麵提到過，Dust公司堅持使用（yòng）自己的技（jì）術。Ember公司雖然大（dà）舉進軍ZigBee領域，但計劃（huá）繼續提供自己的專有EmberNet。此外（wài），Zensys也向顧客提供其Z-Wave技術。 　　但（dàn）是（shì），通過提供（gòng）互操作性，ZigBee帶來了專有產品無法（fǎ）提供的功能。例如（rú），互操（cāo）作性使照明係統的ZigBee節點可以使（shǐ）用HVAC係統的ZigBee網絡。 　　不用說，許（xǔ）多主要（yào）半導體（tǐ）公司，特別是那些主要（yào）從（cóng）事嵌入式係統的廠商，急切盼望ZigBee進入大眾市（shì）場。Freescale Semiconductor已經（jīng）開始（shǐ）向一些客戶提供ZigBee就緒技術。包括AMI、Atmel、Microchip、Philips和Renesas在內的其（qí）他半導體公司都是ZigBee的支持成員。 　　不過，ZigBee進入工業無線傳感（gǎn）器市場的速度將（jiāng）很緩慢。據ON World說，讓（ràng）工業客戶相信無線傳感器係統的可靠性、健壯性和安全性，將需要5到7年時間。但ON World看好（hǎo）ZigBee在工（gōng）業領域的長期前景（jǐng）。它預測（cè），到2010年，用於工業監控的RF模塊數量將由（yóu）今年的190萬增加到1.65億，其中的75%將基於ZigBee標準。 　　然而，對（duì）ZigBee的擔心也在增（zēng）加。人們擔心ZigBee可能會變成一種萬金油技術，哪一種應用都不能非常好地適應。例如，一些懷疑論者擔心（xīn），用ZigBee包羅萬象的嚐試可能（néng）使ZigBee協議棧過大，從而讓（ràng）ZigBee的兩個目標??低功耗和非常低的成（chéng）本化為泡影。