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ZigBee和Z-Wave短距離無線技術(shù)都用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，但兩種技術(shù)的規(guī)格和應(yīng)用卻不同。在美國應(yīng)用越來越廣泛的家庭局域網(wǎng)（home-area network, HAN）中，兩種技術(shù)都是理想選擇。本文將對(duì)比這兩種廣泛使用的無線技術(shù)（見表格）。
ZigBee
ZigBee基于IEEE的802.15.4個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）無線標(biāo)準(zhǔn)，是ZigBee聯(lián)盟發(fā)起的開放式無線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)提供網(wǎng)絡(luò)的第一層（物理層，PHY）和第二層（媒體接入控制器，MAC），網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee堆棧軟件提供。
ZigBee標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建于九十年代，當(dāng)時(shí)作為Wi-Fi和藍(lán)牙之外的另一個(gè)選擇用于某些場合。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在2003年完成并在2006年得到升級(jí)。ZigBee聯(lián)盟成立于2004年，目的是維護(hù)該標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)繼續(xù)開發(fā)并提供互操作性測試。
作為無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee可以用于直接通信，但大多數(shù)應(yīng)用基于星形或樹狀拓?fù)渚W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。主節(jié)點(diǎn)控制其他的連接點(diǎn)，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)不能和另一節(jié)點(diǎn)通信，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)作為中繼器與通信范圍內(nèi)的其他的節(jié)點(diǎn)相連。ZigBee可支持6.5萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。
ZigBee設(shè)備運(yùn)行于免費(fèi)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段。最受歡迎的配置都在2.4GHz頻帶，而ZigBee定義了16個(gè)5MHz的運(yùn)行頻段。最高數(shù)據(jù)率為250kbits/s,使用交錯(cuò)正交相移鍵控（OQPSK）。
ZigBee也支持其他的規(guī)格選擇，如運(yùn)行于915MHz（美國）上，以40kbits/s的速率傳輸，使用雙相移相鍵控（BPSK）調(diào)制。歐洲版標(biāo)準(zhǔn)使用868MHz頻率，速率20kbits/s.
ZigBee的典型功率在1mW或0dBm,開闊空間的通信范圍為10米。不過根據(jù)情況，有時(shí)候也能達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。ZigBee和Wi-Fi以及藍(lán)牙使用同個(gè)頻段，因此共存是個(gè)大問題。大多數(shù)收發(fā)器都有共存機(jī)制，將干擾最小化。
可用的16個(gè)信道允許無線傳輸能在最小的干擾下找到合適的頻率。
ZigBee聯(lián)盟是由公司和其他組織構(gòu)成的聯(lián)合體，支持標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)和應(yīng)用推廣，目前有超過220個(gè)成員。聯(lián)盟為所有應(yīng)用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品提供測試認(rèn)證。
ZigBee的一大優(yōu)勢是靈活性。ZigBee的設(shè)計(jì)可用于支持特定應(yīng)用軟件的開發(fā)和部署，這些軟件也稱為應(yīng)用規(guī)范（profile）。應(yīng)用規(guī)范和ZigBee的堆棧相連，讓制造商更快、更容易地推出特別針對(duì)某些應(yīng)用的無線產(chǎn)品。可用的應(yīng)用規(guī)范包括家庭自動(dòng)化、智能能源、通信、醫(yī)療、遠(yuǎn)程控制（RF4CE,或稱消費(fèi)電子射頻）、建筑自動(dòng)化和零售服務(wù)。
Ember推出的EM351和EM357單芯片ZigBee設(shè)備包括一個(gè)802.15.4無線收發(fā)器和一個(gè)嵌入式32位ARM cortex M3處理器。EM351有128kbytes閃存，EM357有192kbyites閃存。兩個(gè)產(chǎn)品都有12kbytes的RAM,內(nèi)置AES128加密。接口包括UART、串口（SPI）、兩線口（TWI）和一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）。另外還有24位通用I/O（GPIO）。Ember提供完整的開發(fā)套件，包括硬件模塊和所有軟件（圖1）。
圖1:Ember的開發(fā)套件，包括芯片、ZigBee協(xié)議軟件、相應(yīng)的開發(fā)工具轉(zhuǎn)為簡化嵌入式軟件、網(wǎng)絡(luò)和射頻集成的復(fù)雜度而設(shè)計(jì)，
用于開發(fā)家庭、智能能源和其他遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制應(yīng)用的低功耗無線產(chǎn)品。
同時(shí)，iControl提供了ZigBee家庭監(jiān)控和控制面板（圖2）。Ember和iControl聯(lián)手協(xié)助寬帶服務(wù)提供商和家庭安全公司，在互動(dòng)安全性、監(jiān)控、家庭管理服務(wù)領(lǐng)域探索新趨勢。iControl OpenHome軟件平臺(tái)與其開放、和技術(shù)本身無關(guān)的軟件基礎(chǔ)設(shè)施互相配合，全部集成并顯示在一個(gè)觸摸屏上，功能包含報(bào)警系統(tǒng)、通信網(wǎng)關(guān)、家庭自動(dòng)化平臺(tái)。Ember的ZigBee平臺(tái)為整個(gè)系統(tǒng)提供雙向無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
圖2:全部集成在觸摸屏中，iControl的家用"儀表盤"專為中央監(jiān)控和控制接口設(shè)計(jì)，提供所有家庭能源和自動(dòng)化功能。ZigBee和智能電表以及家庭設(shè)備無線連接并進(jìn)行監(jiān)控和控制。
Z-Wave
Zensys在2008年被Sigma Designs收購之前開發(fā)了Z-Wave私有無線標(biāo)準(zhǔn)。Sigma Designs的產(chǎn)品是IC和電力線通信（PLC）和無線相關(guān)設(shè)備。Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)不像很多無線標(biāo)準(zhǔn)那樣開放，但Zensys、Sigma Design的客戶都可以使用。最近，國際電信聯(lián)盟（ITU）把Z-Wave PHY和MAC層作為其新標(biāo)準(zhǔn)G.9959的選擇，該標(biāo)準(zhǔn)為1GHz一下的窄帶無線設(shè)備提供了一套指南。
Z-Wave無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓任何節(jié)點(diǎn)都能直接或間接地和通信范圍內(nèi)的其它臨近節(jié)點(diǎn)通信。如果兩個(gè)不在通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)想要通信，則可以通過連接另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取或交換信息。Z-Wave網(wǎng)絡(luò)最多支持232個(gè)節(jié)點(diǎn)，還支持設(shè)置多個(gè)控制器，以區(qū)分開所需的各種功能。
Z-Wave使用Part 15免費(fèi)ISM頻帶，運(yùn)行在美國和加拿大的908.42MHz頻率上，在其他國家則根據(jù)各國規(guī)定使用其他不同頻率。調(diào)制方式是高斯移頻鍵控（FSK）。數(shù)據(jù)速率包括9600 bits/s和40kbits/s.輸出功率為1mW和0 dBm.和其他無線技術(shù)類似，傳輸范圍取決于環(huán)境。在開闊空間中，最大范圍可達(dá)30米。穿墻的話范圍會(huì)有一定減小。
Sigma Designs的ZM3102模塊專為和其它產(chǎn)品集成而設(shè)計(jì)，用于監(jiān)控和控制。除了無線收發(fā)器外，還包括板載一塊CPU,以及內(nèi)置的23kbytes閃存和2kbytes的SRAM,另外還支持有四個(gè)模擬輸入的12位ADC.接口包括GPIO、SPI、UART和脈沖寬帶調(diào)制（PWM），也提供Triac控制器。模塊電壓范圍為2.1V到3.6V直流，功耗非常低。典型的轉(zhuǎn)發(fā)周期僅為0.1%,也就是說大多數(shù)時(shí)候設(shè)備處于休眠模式。
ZM4101和ZM4102更強(qiáng)大，運(yùn)行的頻率范圍頁更寬（圖3）。8051 CPU有64kbytes的單次可編程（OTP）存儲(chǔ)，16kytes的SRAM和64kbytes 的非易失性RAM（NVRAM）。接口包括USB、128-key的矩陣掃描器。模塊包括一個(gè)四通道LED控制器，數(shù)據(jù)率達(dá)到100kbits/s,還支持AES128加密。
圖3:Sigma Designs的ZM4101是集成Z-Wave的模塊，為集成式的家庭監(jiān)控和控制功能設(shè)計(jì)。ZM4101支持100kbits/s的數(shù)據(jù)率，采用AES 128加密。
Z-Wave主要針對(duì)家庭和小型商用建筑的監(jiān)控和控制，廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應(yīng)用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠(yuǎn)程控制。Z-Wave還可以用于智能電表，為家用暖通空調(diào)監(jiān)控和控制提供消耗數(shù)據(jù)。
Z-Wave聯(lián)盟由160家公司組成，專業(yè)設(shè)計(jì)和銷售基于Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)的無線家庭控制產(chǎn)品，在Z-Wave系統(tǒng)中扮演主要角色，在22個(gè)國家有超過575款可互操作的產(chǎn)品。
總結(jié)
ZigBee和Z-Wave的目標(biāo)應(yīng)用一致。其中ZigBee的通用性遠(yuǎn)超Z-Wave,幾乎可以配置并實(shí)現(xiàn)任何短距離無線功能，應(yīng)用規(guī)范也可以大大縮短普通應(yīng)用的開發(fā)時(shí)間。另一方面，ZigBee的協(xié)議更復(fù)雜，開發(fā)時(shí)間也更長。Z-Wave采用更簡單的協(xié)議，開發(fā)更快也更簡單。
Z-Wave芯片只能通過Sigma Designs這一唯一來源獲取。Sigma Designs只賣給OEM、ODM和其它主要客戶。在Home Depot和Lowes這樣的商店里，可以買到500多種家庭控制產(chǎn)品，但很多并沒有說明使用了Z-Wave.
ZigBee芯片廠商包括Ember、飛思卡爾、Microchip和德州儀器。完善且立即可用的ZigBee模塊也可以通過多個(gè)來源獲得，包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM.
在0 dBm的特定功率下，Z-Wave的范圍比ZigBee更大，這是因?yàn)閆-Wave運(yùn)行在更低的頻率下（根據(jù)Friis公式）。這也意味著Z-Wave在某些應(yīng)用中連接也更穩(wěn)定。
ZigBee使用應(yīng)用廣泛的2.4GHz ISM頻段，因此必須與Wi-Fi、藍(lán)牙和其它無線標(biāo)準(zhǔn)共享頻段，會(huì)產(chǎn)生干擾。大多數(shù)ZigBee設(shè)備都有有助于緩解干擾的共存功能，但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。
作者：Lou Frenze 來源：電子工程專輯
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