1简介

ZigBee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。 ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。 [1] 

ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用（Sensor and Control）。由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。

ZigBee无线通信技术是基于蜜蜂相互间联系的方式而研发生成的一项应用于互联网通信的网络技术。 相较于传统网络通信技术，ZigBee无线通信技术表现出更为高效、便捷的特征。作为一项近距离、低成本、低功耗的无线网络技术，ZigBee无线通信技术其关于组网、 安全及应用软件方面的技术是基于IEEE批准的802 15.4无线标准。该项技术尤为适用于数据流量偏小的业务，可尤为便捷地在一系列固定式、便携式移动终端中进行安装，与此同时，ZigBee无线通信技术还可实现GPS功能。 [1] 

ZigBee技术本质上是一种速率比较低的双向无线网络技术，其由IEEE.802.15.4无线标准开发而来，拥有低复杂度和短距离以及低成本和低功耗等优点。其使用了2.4GHz频段，这个标准定义了ZigBee技术在IEEE.802.15.4标准媒体上支持的应用服务。ZigBee联盟的主要发展方向是建立一个基础构架，这个构架基于互操作平台以及配置文件，并拥有低成本和可伸缩嵌入式的优点。搭建物联网开发平台，有利于研究成果的转化和产学研对，是实现物联网的 简单途径。 [2] 

2优点

ZigBee技术是一种新型技术，它最近出现，主要是依靠无线网络进行传输，它能够近距离的进行无线连接，属于无线网络通讯技术。在以数据信息为载体进行的传输中，ZigBee技术是主要的技术指标， 它使用起来比较安全，而且它的容量性很强，被广泛应用到人类的日常通信传输中。 [3] 

第一、实际生活的数据信息传输是以ZigBee无线传感技术为通信网络的依靠，可以建立很多网络连接点，同时依靠网络辅助器还可以实时传输数据通讯。因此，信息容量大的数据传输是ZigBee技术的主要特点，为了避免在传输数据的时候发生信号碰撞，产生不稳定的传输，它采用了高效的碰撞避免机制，较好地保障了数据的安全传输。 ZigBee技术的另外一个优点是兼容性能很强大，在进行操作时，可以连接家庭中的控制网络，而且不会发生碰撞，能很好地与网络相融合。 [3] 

第二、ZigBee系统的持续时间不长，启动它的通信运作，用十五到三十分钟就可以了，在这么简短的时间内，系统能够快速地接收到用户发来的一切信息，而且在使用ZigBee技术的时候，它的工作时间很短，能耗非常的低，能节约成本地持续发展下去。 ZigBee在收发信息时，每个节点都能很好节约电。工作时间能够持续一到两年，满足每个家庭的普通需要。总的来说，ZigBee技术具有很多优点，作为一种新型技术，被普遍使用在很多网络技术上。 [3] 

3特征

ZigBee作为一项新型的无线通信技术，其具有传统网络通信技术所不可比拟的优势，既能够实现近距离操作，又可降低能源的消耗。又如，相较于蓝牙等无线通信技术，ZigBee无线通信技术可有效降低使用成本， 即便数据处理的速率并不高，然而，值得肯定的是，ZigBee无线通信技术更为便利，可作为众多用户的理想选择。对于ZigBee无线通信技术的特征而言，主要表现为： [1] 

其一，ZigBee能源消耗显著低于其他无线通信技术。通常而言，ZigBee开展传输处理过程中对应需求的功率为1MW。倘若ZigBee进入休眠状态，则其所需的功率将更低。通俗来讲，通过为装置有ZigBee的设备配备两节5号电池，该设备便可持续运行超过6个月的时间。 [1] 

其二，ZigBee研发及使用所需投入的成本偏低。现阶段，ZigBee的成本普遍无需交付z利费。通常情况下，应用ZigBee过程中仅需交付最初的6美元，后续的实际操作便不会产生更高的费用。由此表明，ZigBee的研发及使用成本可为广大用户所接受。 [1] 

其三， ZigBee具有较高的安全可靠性。 ZigBee可实现十分完备的检测功能，同时在应用ZigBee时需要进行反复的检验流程。如此一来，切实确保了ZigBee的安全可靠性。另外，ZigBee在传输数据过程中可确保数据流的相对平行性，换而言之，ZigBee可为数据提供宽广的传输空间。 [1] 

详细介绍：

①低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee提供电源。

②低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按yu测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议z利费。每块芯片的价格大约为2美元。

③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915 MHz）和20kbps（868 MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

④近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

⑤短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi 需要3 s。

⑥高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000 个节点的大网。

⑦高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括安全设定、使用访问控制清单（Access Control List, ACL） 防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES 128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。

⑧免执照频段。使用工业科学医疗（ISM）频段，915MHz（美国）, 868MHz（欧洲）, 2.4GHz（全球） 。

Zigbee协议的结构

ZigBee 协议属于高级通信协议，是基于上世界的IEEE协会制定的802协议，主要约束了网路的无线协议、通讯协议、安全协议和应用需求等方面的标准，其有效转播速率可以达到300Kbps （千比特率）。 和计算机通信的模式类似，ZigBee的网络协议是分层结构，自下而上主要由五层结构构成，其中包括用户层，ZigBee联盟和 IEEE802.15.4协议。 [4] 

Zigbee的结构分为4层：分别是物理层，MAC层，网络/安全层和应用/支持层。 其中应用/支持层与网络/安全层由Zigbee联盟定义，而MAC层和物理层由IEE802.15.4协议定义，以下为各层在Zigbee结构中的作用：

物理层：作为Zigbee协议结构的*层，提供了最基础的服务，为上一层MAC层提供了服务，如数据的接口等等。同时也起到了与现实（物理）世界交互的作用；

MAC层：负责不同设备之间无线数据链路的建立，维护， 结束，确认的数据传送和接收；

网络/安全层：保证了数据的传输和完整性，同时可对数据进行加密；

应用/支持层：根据设计目的和需求使多个器件之间进行通信。 [5] 

Zigbee协议组网的特点

Zigbee协议在满足条件的情况下，协调器将会自动组网。 Zigbee 组网有两个鲜明的特点：①一个Zigbee 网络的理论最大节点数就是2的16次方也就是65536个节点，远远超过蓝牙的8个和Wifi的32个。 ②网络中的任意节点之间都可进行数据通讯。 在有模块加入和撤出时，网络具有自动修复功能。这里有一个简单的例子：当一些人各自拥有一个网络模块终端时，只要他们在网络模块通信的范围内自动找到对方，他们就可以快速形成互连的网络。 此外，由于人员的流动，他们之间的网络连接也会发生变化。因此，该模块还可以通过重新搜索通信对象，确定它们之间的联系来重置原始网络，这就是Zigbee的自组网。 [5] 

4标准

ZigBee联盟在IEEE 802.15.4标准的基础上开发了一套有关组网和应用的产业化标准，与IEEE仅制定物理层（PHY）和媒体访问控制子层（MAC）底层标准不同，ZigBee联盟对网络层、应用层及其配套的支持子层、安全子层都进行了标准化。因此，一个由终端厂商所实现的完整的ZigBee产品应由高层的应用规范、应用支持子层、ZigBee设备对象（ZDO）子层、网络层、MAC和PHY组成。网络层及其以上标准协议由ZigBee联盟制定，IEEE 802.15.4只负责PHY和MAC标准。 [6] 

ZigBee标准与IEEE 802.15.4标准的结合，使其产品同时具有低功耗、易组网、短距离互联等特性，因此认为其应用在传感器网络/物联网时具有相当大的优势。间时，ZigBee联盟所制定的标准覆盖了整个开放式系统互联（OSI）的七层协议，非常利于厂家的实现。因此，在涉及到传感器网络/物联网的产品和解决方案时，ZigBee都被认为是一种成熟的解决方案。 [6] 

ZigBee标准框架

ZigBee标准采用分层、跨层设计，由一系列的子层和层间接口构成。每层为其上层提供一组特定的服务：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供全部其他服务。每个服务实体通过一个服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口。并且每个SAP提供一系列的基本服务指令完成相应的功能。它虽然是基于标准的七层开放式系统互联模型，但仅对那些涉及ZigBee 的层子以定义。IEEE802.15.4标准定义了最下面的两层：物理层和媒体访间控制子层，ZigBee联盟提供网络层和应用层（APL）框架的设计。其中，应用层框架包括应用支持子层（APS）、 ZigBee 设备对象和由终端厂商制定的应用对象。 [6] 

相比于常见的无线通信标准，ZigBee 协议套件紧凑而简单，具体实现的要求较低。

具体标准

2012年4月，国际ZigBee联盟推出了ZigBee Light Link，便意味着设定了共同标准，可有效地解决上述问题。通过全球主要照明设备制造商的共同开发，ZLL不仅定义了一种*的灯控应用信息传递协议，而且还纳入一种简单的配置机制，使消费者可以开箱即用，系统配置就像按一下按钮一样简单。除了这些新特点外，ZLL具有所有ZigBee网络的固有技术优势，实现了基于IEEE802.15.4的低功率、低成本、健壮、安全的无线网络。

ZigBeeLightLink的总体特点：

家庭领域的低成本无线灯控解决方案

安装简单直观、无需额外工具和专业知识

系统易于扩展，产品具有互操作性

可靠、稳健的网络技术，且与其它ZigBee标准与设备兼容

主要照明设备制造商构建全球生态系统，为终端用户创造价值

遍布全球的成熟产业链——低成本、高性能的SoC解决方案

经认证的货架软件解决方案

ZigBee Bulding Automation是能够对商业楼宇系统进行安全可常监控与控制的互操作性产品的全球标准，它是唯BACnet@认可的商业楼宇无线网状网络。利用ZigBee Building Automation的产品使楼字拥有者和运营者能够控制里多楼宇类型（以前不能覆盖的房间或破感区域），这都要归功于其低功耗无线运作。现有的有线BACnet楼宇自动化系统现在可以更低的运作成本、更方便地进行拓展。这项标准由众多联盟成员共同制定，Conver-gence Wireless、江森自控施耐德电气、西门子、英格索和Ubilogixn做出了巨大贡献。 [7] 

5应用及前景

前景

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝 牙之间的技术提案。ZigBee此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用 于分析或者被另外一种无线技术如wiMax收集。 ZigBee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。 [8] 

ZigBee技术的先天性优势，使得它在物联网行业逐渐成为一个主流技术，在工业、农业、智能 家居等领域得到大规模的应用。例如，它可用于厂房内进行设备控制、采集粉尘和有毒气体等数据；在农业，可以实现温湿度、PH值等数据的采集并根据数据分析的结果进行灌溉、通风等联动动作；在矿井，可实现环境检测、语音通讯和人员位置定位等功能。 [8] 

6应用实例

在智能家居领域中的实践应用

ZigBee无线通信技术凭借其一系列特征优势，因而在众多智能家居中得到广泛推广，而对于该项技术的应用，离不开因特网网络技术的有力支持。因为家居房屋建筑面积存在一定局限性，由此为ZigBee无线通信技术应用创造了适用条件。ZigBee无线通信技术在智能家居中的应用，主要表现为：其一，打造整体性ARM，以实现对不同家居的智能控制；其二，选择合理区域安装ZigBee路由设备，建立起其与对应网络的有效连接；其三，对一系列终端设备开展ZigBee模块合理安装，以实现不同信息的有效交互。在实践应用中，可采取适用的控制手段，诸如遥控器控制、声音控制等，即为可通过遥控器装置对冰箱制冷、微波炉等进行指令控制；可通过声音指令以实现对电视机的开机或关机操作，等等。为了确保控制的高效性，应当保证信号口的有效连接，唯有如此方可实现对家居设备的有效控制。将ZigBee无线通信技术应用于智能家居领域，一方面可提高家居操作的便捷性，缩减家居成本；另一方面可提高人们的生活居住体验，切实彰显该项技术的实用性。除此之外，ZigBee无线通信技术还可实现有效的信号抗干扰功能，为人们创造便利的同时，还可缩减对其他用户造成的信号干扰。 [1] 

在仓储物流系统中的实践应用

随着仓储物流系统的推广，对于无限数据传输系统的应用需求呈现出不断攀升的趋势，于此期间，特别对无线通信技术提出了高效、低成本的要求，所以，ZigBee无线通信技术凭借其安全可靠、多路径路由方式等特征，尤为适用于仓储物流系统中。对于ZigBee无线通信技术在仓储物流系统中的实践应用，具体而言：其一，对现场车辆的调度安排。因为车辆与控制台相互间的联系尤为重要，而常规无线通信协议难以确保可在仓储物流此类应用环境中的传输距离，所以可引入ZigBee无线通信技术以实现对该部分问题的有效解决。其二，可将网状ZigBee无线通信技术网络结构应用于仓储物流中，依托数据接力、动态路由等途径，切实保证全面系统通信的可靠性、高效性。其三，对于仓储物流中的车辆而言，它们的总是要进行不断的移动，而常规无线通信协议在找寻佳路径时总是会表现出灵活性不足的问题，而通过对ZigBee无线通信技术的应用，凭借其网络拓扑结构可满足信息传输路径不断转变的需求，并可灵活提供一条理想的传输路径以确保通信的质量。所以，依托设置科学适用的ZigBee节点，可促进全面物流仓储系统的健康稳定运行。