zigbee命名由来
zigbee(紫蜂协议),是基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定,zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术,它来源于蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是通过飞翔和“嗡嗡”(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,而 zigbee协议的方式特点与其类似便更名为zigbee。
zigbee发展历程
2001年8月,zigbee alliance成立。
2004年,zigbee v1.0诞生。它是zigbee规范的第一个版本。由于推出仓促,存在一些错误。
2006年,推出zigbee 2006,比较完善。
2007年底,zigbee pro推出。
2009年3月,zigbee rf4ce推出,具备更强的灵活性和远程控制能力。
2009年开始,zigbee采用了ietf的ipv6 6lowpan标准作为新一代智能电网smart energy(sep 2.0)的标准,致力 于形成全球统一的易于与互联网集成的网络,实现端到端的网络通信。随着美国及全球智能电网的建设,zigbee将逐渐被ipv6/6lowpan标准所取代。
zigbee的主要优点如下:
1.功耗低。对比bluetooth与wifi,在相同的电量下(两节五号电池)可支持设备使用六个月至两年左右的时间,而bluetooth只能工作几周,wifi仅能工作几小时。
2.成本低。zigbee专利费免收,传输速率较小且协议简单,大大降低了zigbee设备的成本。
3.掉线率低。由于zigbee的避免碰撞机制,且同时为通信业务的固定带宽预留了专用的时间空隙,使得在数据传输时不会发生竞争和冲突;可自组网的功能让其每个节点模块之间都能建立起联系,接收到的信息可通过每个节点模块间的线路进行传输,使得zigbee传输信息的可靠性大大提高了,几乎可以认为是不会掉线的。
4.组网能力强。zigbee的组网能力超群,建立的网络每个有60,000个节点。
5.安全保密。zigbee提供了一套基于128位aes算法的安全类和软件,并集成了ieee 802.15.4的安全元素。
6.灵活的工作频段。2.4 ghz,868 mhz及915 mhz的使用频段均为免执照频段。
zigbee技术研发和应用
zigbee技术研发和应用门槛较高,开发难度大,没有技术实力的企业无法涉足,国外的智能家居系统都是在运用这个技术,目前国内只有海尔、小米、深圳聪明屋等少数企业把此技术运用到了智能家居,还做到了智能化和系统化,功能非常全面。zigbee技术的安全性较高,其安全性源于其系统性的设计:采用 aes加密(高级加密系统),严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次,zigbee采用蜂巢结构组网,每个设备不仅能通过多个方向与网关通信,保障网络的稳定性;每个设备还具有无线信号中继功能,可以接力传输通讯信息把无线距离传到1000米以外。另外,其网络容量理论节点为65300个,能够满足家庭网络覆盖需求,即便是智能小区、智能楼宇等只需要1个主机就能实现全面覆盖;最后,zigbee具备双向通信的能力,不仅能发送命令到设备,同时设备也会把执行状态和相关数据反馈回来。此外,zigbee采用了极低功耗设计,可以全电池供电,理论上一节电池能使用2年以上。
zigbee的主要芯片供应厂商
目前市场上zigbee芯片提供商有ti(chipcon)freescale、ember、jennic、atmel、integration、nec、oki、renesas等9家。其中ti、frescale、ember、jennic是市场上主导的供应厂商,这四大厂商基本上垄断了整个90%的市场份额。四大巨头势力都比 较均衡,jennic之前在整体实力和名气上可能稍有欠缺,但自从被nxp收购后,至少在行业影响力方面可以和其它三家的竞争对手平分秋色了。
在技术应用方面,四大芯片厂商可以提供“zigbee rf+mcu”、“zigbee协议栈芯片+外挂芯片”、“单soc”等三种应用方案。这三种方案也是目前zigbee产业芯片应用的主要应用方式。在 “zigbee rf+mcu”方案中,“zigbee rf”是一款针对zigbee协议及专有无线协议的2.4 ghz ieee 802.15.4 收发器,该序列的芯片集成度都比较高,仅需要极少的电子元器件便可搭建完整的zigbee协议底层硬件平台,由于该类芯片只是一个符合物理层标准的芯片, 它只负责调制解调无线通讯信号,所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。一般通过spi和外接的mcu来通讯,由外接的mcu来运行处理zigbee协议规范里上层应用。ti的cc2420;frescale的mc13xx;都是此类应用芯片。“zigbee协议栈芯片+外挂芯片”,在该类应用中,“zibee协议栈芯片”都是一款集成了2.4g无线射频收发和微处理器功能的专用芯片,用户可以让该款芯片来处理运行zigbee协议栈和应用代码,但由于受片上memory/处理器能力资源的限制,用户需额外配置一个存储芯片/mcu来完善整体的应用性能。jennic的芯片多基于协议 栈+外挂eeprom的应用,而ember260序列是后者的典型应用。“单soc”是随着半导体工艺发展而衍生的产物,也是当前最主要的一直应用方式,所谓“单soc”是指把zigbee射频和单片机以及flash存储三部分集成在了一颗ic上所谓芯片,可以给用户pcb空间进一步缩小,降低了用户的硬件设计。这类芯片典型的有ti公司的cc2430、 frescale mc1321x、ember公司的em250等。
zigbee在中国的发展
zigbee在中国的发展已经历经10余年,不断的从封闭走向开放,从工业领域走向更广阔的消费品领域。其在中国的发展大致经历了3个大的发展阶段,工业应用阶段、感知中国阶段、智能家居和智慧城市阶段。
1.工业应用阶段:2004-2009年
2004年zigbee进入中国,当时的技术方案有:飞思卡尔、chipcon、ember、jennic,据笔者了解,当时在中国做zigbee技术产品的就只有很少几家公司,但这几家公司对zigbee在中国的普及和应用做出了很大贡献。整理如下:
上海顺舟:2004年开始做zigbee产品,采用飞思卡尔第一代mc13191方案,主打zigbee无线传输模块,面向工业串口无线通信;
北京赫立讯:海归创立,在北京、***、美国均有研发机构,做zigbee行业应用整体解决方案,如zigbee矿工定位系统;
成都无线龙:主打教育培训市场,做了很多zigbee的demo套件,出版了培训书籍,主要面向学校和开发者;
深圳旭昂:以芯片代理为主,兼做开发套件。
杭州华立zigbee开发部:采用ember的方案,专业做zigbee在无线抄表系统中的应用。
据笔者了解,在第一波浪潮中,经过几年大浪淘沙,北京赫立讯、杭州华立zigbee开发部已经消失;芯片方案公司中chipcon被ti收购。
2.感知中国阶段:2009-2013年
在第二阶段中,据笔者了解,主流的芯片方案商有:ti、freescale、ember、st。
自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入政府工作报告,zigbee技术在中国也受到了全社会极大的关注,新兴公司大量涌现,代表性的公司如下:
上海顺舟:2009年与海尔合作开始智能家居产品开发,与勤上光电合作开发智能照明系统,全面进入行业应用领域,在zigbee产品之外,开辟了嵌入式wifi模块;
上海物联传感:专业做人员定位系统,在福利院老人监护、井下矿工的人员定位系统上有应用;
深圳鼎泰克:采用ti方案做无线模块,靠低价打市场;
南京物联:开始智能家居系统开发和应用;
杭州瑞赢:采用st方案做无线通信模块。
第二波浪潮中,上海物联传感消失了;芯片方案公司中ember被siliconlabs收购,st的方案走向了末路,jennic被nxp收购,atmel推出了低频1g以内的zigbee方案。
3.智能家居和智慧城市阶段:2013年起
智慧城市进入试点推广阶段,智能家居、智能单品概念火爆;飞利浦重点推广基于zigbee的互联照明标准方案zll,即“zigbee light link”,推出了一套较hue的智能照明套件,zigbee在照明领域成为标杆。此时的代表性公司有:
上海顺舟:推出基于zll的无线灯控模块,推出整套智能照明解决方案;
海尔广科:推出基于zll的家庭智能中控pad,内嵌zll模块,直接可以通过pad控制家里的灯光;
欧普照明:推出了用zll遥控器控制的高级智能吸顶灯;
邦其:推出了专用的zll遥控器;
还有阳光照明、亚明、林洋照明全速进入智能照明研发进程,zll是其中一个重要课题。
在这第三波浪潮中,zigbee联盟正在zll基础上对ha(home automation)进行融合,对无线智能家居的发展带来巨大的推动作用。而融合后的zigbee将是无线智能家居的最佳解决方案之一;以飞利浦为核心 的zigbee中国推广组成立,正在全速推广zigbee技术在中国智能产业中的发展;天时、地利、人和,zigbee或将迎来大发展的时代,走向曙光,走向春天。
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