無線傳感器從來就不乏用武之地。例如，在家庭保安系統中，無線傳感器安裝起來比需要連線的有線傳感器要容易得多。在工業環境中更是如此。在工業環境中，線路費用通常占傳感器安裝費用的80%。而在接線不實際或不 　　可能的環境中，更缺不了無線傳感器。 　　可是，問題在于大多數無線傳感器功耗太高，這意味著它們的電池要么必須非常大，要么必須頻繁充電。此外，一些人還懷疑空中傳送的傳感器數據的可靠性，因此無線傳感器似乎沒有太大的吸引力。 　　ZigBee：鎖定無線傳感器 　　然而，一種叫做ZigBee的低功率無線技術將改寫無線傳感器的歷史。作為一項基于IEEE 802.15.4無線標準的安全網絡技術，ZigBee(圖1)有希望讓無線傳感器出現在各種應用中：從工廠的自動化系統，到家庭保安系統和消費電子產品。在最近才得到批準的802.15.4標準配合下，ZigBee將普通小型電池的使用壽命延長到了幾年時間。人們預測，ZigBee設備還將十分便宜，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，它們自然非常適用于無線電燈開關、無線調溫器和煙桿探測器。 　　盡管ZigBee正式規范還未問世(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明。技術研究機構In-Stat/MDR“謹慎而大膽”地預測，802.15.4節點和芯片組的銷售量，將由目前的基本為零增加到2010年時的1.65億只。當然并不是所有這些設備都具有ZigBee功能，但可能大部分都具備。研究機構ON World預測，2010年時，無線傳感器RF模塊的出貨量為4.65億只，其中77%具有ZigBee功能。 　節能：低帶寬的奇跡 　　從某種意義上講，ZigBee光明的未來主要要感謝其低數據傳輸速率：根據所使用的頻帶，能達到20kbps到250kbps(圖2)。相比之下，藍牙的標稱數據速率為1 Mbps，WiFi的802.11g為54 Mbps。但是，ZigBee不會像WiFi那樣發送電子郵件和大型文件，或像藍牙那樣傳送文檔和音頻數據。對于傳送長度一般為幾十字節的傳感器讀數來說，高帶寬是多余的，而ZigBee的低帶寬有助于它實現其低功率、低成本和強健性的目標。 　　由于ZigBee應用的低帶寬要求，ZigBee節點可以在大部分時間內睡眠，以節省電池能量，然后蘇醒并迅速發送數據，然后再去睡眠。ZigBee可以在15毫秒或更短的時間內由睡眠模式進入活動模式，因此即使睡眠的節點也可以取得合適的低時延。例如，打開ZigBee無線電燈開關的人不會感覺到燈亮前的蘇醒時延。相比之下，藍牙的蘇醒時延一般在3秒左右。 　　ZigBee節省的大部分能量歸功于802.15.4無線電技術，后者本身就是為低功率而設計的。例如，802.15.4采用DSSS(直接序列擴譜)技術取代FHSS(跳頻擴譜)，因為后者為保持同步跳頻會消耗較多的功率。 　　ZigBee使用802.15.4，可以以幾種不同方式通信，一些方式功耗高于另一些方式。因此，ZigBee用戶按某些方式部署的傳感器網不一定能保證數年的電池壽命。事實上，一些計劃部署由非常小的無線傳感器構成的大型網絡的技術人員說，甚至ZigBee都功耗太高，不適合于他們使用。 　　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偵聽空中是否有其他信號在傳送。 　　“面對面”式的通信 　　為了盡可能多地節省能量，ZigBee采用一種“準備好才發送”的通信策略，它只在有數據要發送時才發送數據，然后再等待自動確認。據業內人士說，“準備好才發送”是一種“面對面”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“面對面”式策略導致RF干擾非常低。這主要是由于ZigBee節點具有非常低的占空因數，只偶爾發射信號而且只發送小量的數據。其他ZigBee節點以及WiFi和藍牙模塊，可以輕松地應付這種少量的、不經常的猝發通信。 　不過，ZigBee的“準備好才發送”方案并不是萬能的。例如，在一條由成千上萬個空投到敵占區監視敵軍動向的微型傳感器構成的網絡中，這種方案節省的能量可能仍不夠用。由于每個網絡節點都定期發送數據，而且數據必須經過附近其他網格式分布的節點多次反復傳送才能到達網絡控制器，大量的數據包沖突和重復傳送會浪費能量，大大縮短傳感器節點的電池壽命。如果傳感器電池非常小，能量有限的話，這就成了問題。 　　雖然干擾性無線電波接入通常對于ZigBee不是問題，但有時可能有問題。傳感器網絡公司Dust Networks說，干擾問題至少目前防礙了它采用ZigBee，盡管該公司仍是ZigBee聯盟成員之一。公司官員說:“每個ZigBee節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?！睘榱吮苊鈀igBee的接入競爭，Dust使用無競爭的TDMA技術。在一種有點類似TDMA的方案中，ZigBee通過802.15.4 MAC層提供保證的時隙，但只作為一種可選的“超幀”( superframe)的組成部分提供。這種超幀比TDMA更復雜，并且能量效率比TDMA低。 　　不過，ZigBee仍有更多的節能秘技。例如，除了功能更強的全功能設備(FFD)外，它還通過提供節能的精簡功能設備(RFD)減少ZigBee部件中的能耗。每個ZigBee網絡至少需要一部FFD作為控制器，但大多數網絡節點可以是RFD(圖3)。RFD只能與FFD通信，不能與其他RFD通信，但它們內部的電路比FFD少，只有很少或沒有消耗能量的內存。 　　ZigBee通過減少對相關處理的需要來進一步節省能量。像8051這樣的簡單8位處理器就可以輕松地完成ZigBee的任務，而且ZigBee協議棧占用很少的內存。例如，一個FFD棧需要占用大約32kb，而一個RFD棧只需要4kb。比它們復雜得多的藍牙技術則需要占用約250kb。 　　ZigBee相對簡單的實現自然節省了費用。RFD由于省掉了內存和其他電路，降低了ZigBee部件的成本，而簡單的8位處理器和小協議棧也有助于降低成本。 　　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成為一項開放標準，通過大力推進ZigBee設備間的互操作性，讓ZigBee在家庭和建筑自動化等應用領域做大做強。該聯盟目前正在為這些應用制定互操作性規程，這些規程預計將隨ZigBee規范1.0一起，于今年年底完成。 　　易用性是人們對ZigBee廣泛用于家庭自動化和保安領域持樂觀態度的原因之一。ZigBee網絡可以自我組建，因此消費者可以很方便地建設網絡。ZigBee網絡還可以在商用和工業環境中自我組建，專業安裝人員可以利用工具提供進一步的控制。 　　ZigBee在安全上十分靈活，用戶可以根據需要選擇不同的安全水平。例如，用戶在煙霧探測器上不需要128位公鑰加密，但可在高層建筑的日光燈開關上實現。 　　專有技術競爭對手 　　ZigBee的競爭對手幾乎全都出自專有技術。前面提到過，Dust公司堅持使用自己的技術。Ember公司雖然大舉進軍ZigBee領域，但計劃繼續提供自己的專有EmberNet。此外，Zensys也向顧客提供其Z-Wave技術。 　　但是，通過提供互操作性，ZigBee帶來了專有產品無法提供的功能。例如，互操作性使照明系統的ZigBee節點可以使用HVAC系統的ZigBee網絡。 　　不用說，許多主要半導體公司，特別是那些主要從事嵌入式系統的廠商，急切盼望ZigBee進入大眾市場。Freescale Semiconductor已經開始向一些客戶提供ZigBee就緒技術。包括AMI、Atmel、Microchip、Philips和Renesas在內的其他半導體公司都是ZigBee的支持成員。 　　不過，ZigBee進入工業無線傳感器市場的速度將很緩慢。據ON World說，讓工業客戶相信無線傳感器系統的可靠性、健壯性和安全性，將需要5到7年時間。但ON World看好ZigBee在工業領域的長期前景。它預測，到2010年，用于工業監控的RF模塊數量將由今年的190萬增加到1.65億，其中的75%將基于ZigBee標準。 　　然而，對ZigBee的擔心也在增加。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，用ZigBee包羅萬象的嘗試可能使ZigBee協議棧過大，從而讓ZigBee的兩個目標??低功耗和非常低的成本化為泡影。