低速、低功耗的无线传输技术—ZigBee

2014-03-17杜向军于玲

中国科技纵横 2014年1期

杜向军+于玲

【摘要】本文主要介绍低速、低功耗的无线传输技术，从协议的由来到发展，再到应用范围。并详细对比了各种无线传输技术的特点，以及在各个领域的应用，由此总结出ZigBee技术的应用特点和应用领域。并详细介绍了飞思卡尔ZigBee系列芯片的发展以及特点，并提出了展望。

【关键词】无线传输 ZigBee 飞思卡尔集成电路

1 无线传输协议

提起无线传输技术，或许很多人会想到红外（IrDA）、想到调频（FM），甚至会想到GSM，CDMA，Bluetooth，这些都是无线技术发展的里程碑，是无线技术发展到成熟，结合实际应运而生的科技产物，并在各自的领域发挥着举足轻重的作用。

随着通信技术和计算机技术的飞速发展，对于短距离无线通信的需求越来越多，各大著名半导体厂商组成各种协议联盟，研发出多种应用于不同领域的短距离传输协议，比如用于超短距离传输大批量数据的UWB（（Ultra Wideband）），应用于非标准无线射频协议的ANT，以及本文要介绍的，应用于低功耗、短距离传输的ZigBee协议。

2 协议的发展

ZigBee协议是由包括飞思卡尔半导体在内的ZigBee联盟制定的无线通信标准，ZigBee联盟成员包括飞思卡尔、摩托罗拉、三星等著名半导体厂商。 ZigBee联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接的监测和控制。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗协议。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（Bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（Zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee技术也是依靠各个节点去传递信息，ZigBee可以组建成大规模的网络，网络节点容量可多达65535个。表1总结了各种常见的协议的特点以及应用领域。从表中可以看到，ZigBee的特点是传输距离短、复杂度低、低功耗、低数据速率、低成本、可以组成网络。主要适合用于自动控制和远程控制领域。（表1）

任何协议，任何产品都要有应用才有存在的价值，那么ZigBee可以应用到那些领域呢？图1所示，如下场合适合ZigBee技术：1）设备成本低、传输数据量小。2）设备体积小，不便放置较大的充电电池或者充电模块。3）没有充足的电源支持，只能使用一次性电池供电。4）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监控或控制。结合到具体的领域，如工业、农业的自动监测、控制；TV、DVD、CD等个人消费电子的无线遥控；家居自动化、安防、门禁；以及一些PC的外围设备，如鼠标、键盘；甚至于个人健康的监控、诊断等等。

3 飞思卡尔系列芯片

飞思卡尔半导体一直是业界的领军者。飞思卡尔的ZigBee系列产品占全球销售排名第一。MC1319x代表的是第一代ZigBee基本协议产品，兼容802.15.4协议。结合实际应用，飞思卡尔又研发了高集成度且低功耗的第二代系统级封装（SiP）MC1321x系列产品，在同一个封装内集成了微控制器（MCU）和射频（RF）芯片，这样既减少了产品的尺寸，节省了成本，又也增加了系统的稳定性，增强了抗干扰能力。又相继研发了基于ARM7的高度集中的MC1322x系列高端产品。

为满足不断增长的技术需求，飞思卡尔又为ZigBee RF4CE消费电子产品推出了MC1323x片上系统（SOP）系列产品。由于MC1323x系列具有独特的监测和监控功能组合，它非常适合一般市场应用，如远程控制、电视、机顶盒、便携式血压计、体重计和家用电器等。此外，飞思卡尔还为多个不同的硬件平台提供软件、参考设计以及开发工具箱，用于评估MC1323x片上系统，并允许开发人员选择最能满足他们需求的硬件和软件平台，更好更快的把飞思卡尔的ZigBee产品应用到其研发产品中去。

4 ZigBee的发展

未来ZigBee将紧密结合物联网大概念方向趋势的发展，并在传输层界面上发挥着重要的的角色。在ZigBee联盟的推动下，ZigBee技术将朝着开发SoC，更多规范，结合IPV6，更廉价，更省电，更快速等方向发展。从应用领域和方向方面来看，ZigBee也可以扩展到目前的智能手机领域，取代蓝牙、WiFi用于短距离数据传输，具有低功耗、低成本的优势。相信随着技术的成熟，协议的改进，ZigBee技术会有很好的应用前景。

参考文献：

[1]庸龙.无线技术后起之秀ZigBee[N].计算机世界，2003年.

[2]燕蕙.英特尔等力推ZigBee协议[N].电子资讯时报，2004年.

[3]马新涛.基于Zigbee技术的无线网关设计[D].中国海洋大学，2010年.