面向2.4GHz和1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)已面市多年，該標(biāo)準(zhǔn)一直面臨著與其它無線標(biāo)準(zhǔn)所面臨的類似挑戰(zhàn)，包括不同的發(fā)展階段，早期采用者的不兼容性，以及ZigBee聯(lián)盟成員間關(guān)于正確發(fā)展方向的諸多討論。

不過，隨著公共應(yīng)用規(guī)范的推出，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)入成熟的發(fā)展階段。任何被允許使用ZigBee標(biāo)識的方案，首先必須通過ZigBee應(yīng)用規(guī)范驗(yàn)證，這樣就保證了最終客戶應(yīng)用層的兼容。測試機(jī)構(gòu)通過其測試步驟確保所有設(shè)備不僅使用相同的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)(即ZigBee Pro功能集)在網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)，而且要保證這些設(shè)備之間能夠安全通信。此外，測試程序還要驗(yàn)證帶有ZigBee認(rèn)證標(biāo)識的最終產(chǎn)品已通過嚴(yán)格的測試，從而確保應(yīng)用程序發(fā)送的信息遵從公共應(yīng)用規(guī)范中的某一協(xié)議。

這些公共應(yīng)用規(guī)范兼容性通過一組便于識別的標(biāo)識，讓終端用戶可獲悉其所支持的應(yīng)用規(guī)范。目前已建立的應(yīng)用規(guī)范有(圖1)：ZigBee Smart Energy(智能能源)，ZigBee Home Automation(住宅自動(dòng)化)，ZigBee Health Care(醫(yī)療保健)，ZigBee building automation(樓宇自動(dòng)化)，ZigBee Telecommunication Services(電信服務(wù))，ZigBee Retail Services(零售服務(wù))，ZigBee Remote Control(遙控)。

雖然某些公共應(yīng)用規(guī)范仍在發(fā)展中，但大多數(shù)重要的技術(shù)指標(biāo)都已最終確定，而且市面上已有許多通過這些規(guī)范認(rèn)證的產(chǎn)品。目前市場上最有影響的應(yīng)用規(guī)范為Zigbee Smart Energy、ZigBee Home Automation、ZigBee Telecommunication Services和ZigBee Remote Control。

ZigBee Smart Energy標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定那些提供多種能源管理及其控制功能的器件，如供最終用戶與網(wǎng)絡(luò)交互的電表、負(fù)載控制單元或室內(nèi)顯示等器件；ZigBee Home Automation標(biāo)準(zhǔn)則覆蓋燈開關(guān)、調(diào)光器、采暖、通風(fēng)及空調(diào)(HVAC)及窗簾控制等設(shè)備。

另一個(gè)新的終端產(chǎn)品公共應(yīng)用規(guī)范是ZigBee Remote Control，考慮到該遙控標(biāo)準(zhǔn)的最初命名，它通常被稱為ZigBee RF4CE。這項(xiàng)規(guī)范能夠?qū)崿F(xiàn)完整的新一代RF遙控裝置，用于電視或機(jī)頂盒等消費(fèi)電子產(chǎn)品。它可在遙控裝置和消費(fèi)電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)AES加密雙向通信鏈路，而無需紅外遙控器等視線(line-of-sight)控制裝置。由于可以實(shí)現(xiàn)電視機(jī)與遙控裝置之間的雙向通信(backchannel)，這種功能豐富的全新遙控器將能夠提升用戶體驗(yàn)。

ZigBee基于IEEE 802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)，這意味著ZigBee應(yīng)用程序可以使用該國際IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)功能。IEEE標(biāo)準(zhǔn)的物理層規(guī)范描述了調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率、設(shè)備功能、數(shù)據(jù)傳輸概念以及可使用的頻段。其中最知名的頻段是2.4GHz ISM頻段。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)允許在這個(gè)全球頻段內(nèi)使用250kbps的數(shù)據(jù)速率。此外，該頻段也被其它技術(shù)使用，如IEEE 802.11或IEEE 802.15.1，即大家所知的Wi-Fi和藍(lán)牙技術(shù)。

802.15.4采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)來提高應(yīng)用設(shè)備在這個(gè)高度擁擠頻段中的抗干擾能力，以確保ZigBee設(shè)備能在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)并存的環(huán)境中正常工作。該標(biāo)準(zhǔn)還提供另一個(gè)非常有用的可選功能，就是使用地域性頻段。

這個(gè)地域性頻段范圍通常被稱為“sub-1GHz”，也叫做“頻率在1GHz以下頻段”。由于頻率較低，這類頻段可使應(yīng)用設(shè)備獲得更好的信號傳輸距離和傳播效果。采用這些頻段，室內(nèi)環(huán)境下多路徑傳播等負(fù)面效應(yīng)減少了；而2.4GHz信號在室內(nèi)環(huán)境中更容易被光滑墻面、金屬構(gòu)件反射，以及被潮濕空氣削弱。目前，經(jīng)批準(zhǔn)的這類頻段有四個(gè)，其具體頻段和地域如下：日本，950MHz；北美和澳大利亞，902MHz；歐洲，868MHz；中國，780MHz。

開發(fā)人員利用這些頻段，能夠構(gòu)建出適合全球范圍及地域性要求的產(chǎn)品，同時(shí)提供可在不同頻段使用相同應(yīng)用層協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，且發(fā)揮靈活射頻參數(shù)配置(如可用輸出功率)的優(yōu)勢的產(chǎn)品。

使用這些頻段可使智能抄表或住宅自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域受益，因?yàn)楫a(chǎn)品將更容易獲得更大的傳輸距離或穿墻能力；也能讓無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)樓宇，而不必采用昂貴的功率放大電路。sub-1GHz信號的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可讓一棟普通樓宇的地下室中的某個(gè)電表與第一層中的一個(gè)室內(nèi)顯示器直接連接。

支持這種靈活的多頻率應(yīng)用所需的是支持這些不同頻段的射頻傳輸系統(tǒng)。

愛特梅爾公司就是少數(shù)幾家能支持2.4GHz頻段，并同時(shí)能夠提供運(yùn)行在上述4個(gè)sub-1GHz頻段之中3個(gè)頻段的器件的公司之一。Atmel AT86RF212就是一款符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)且能在北美、歐洲和中國使用的低功耗射頻收發(fā)器。

開發(fā)人員結(jié)合使用在2.4GHz頻段運(yùn)行的可用引腳兼容器件，能夠獲得極為靈活的解決方案以滿足不同發(fā)射距離要求，并推出針對地域性市場而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品(圖2)。

而且，所有這些符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的射頻器件都可運(yùn)行相同的應(yīng)用程序，如ZigBee Smart Energy或ZigBee Home Automation。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，愛特梅爾公司提供了經(jīng)ZigBee Pro協(xié)議堆棧認(rèn)證平臺，并支持各種公共應(yīng)用規(guī)范。開發(fā)人員可通過包含ZigBee Smart Energy、ZigBee Home Automation以及ZigBee Building Automation標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備支持的BitCloud Profile Suite獲得這些產(chǎn)品。愛特梅爾公司最近發(fā)布的RF4CE協(xié)議堆棧套件RF4Control可讓開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)支持最新ZigBee Remote Control規(guī)范的ZigBee遙控設(shè)備(圖3)。

使用這些軟件套件時(shí)，由于應(yīng)用程序接口(API)是相同的，因而開發(fā)人員能夠更方便地實(shí)現(xiàn)不同頻段中的應(yīng)用。此外，應(yīng)用開發(fā)人員無需為在世界不同地域使用的產(chǎn)品編寫不同的程序代碼。這樣可縮短產(chǎn)品上市周期，同時(shí)擴(kuò)大目標(biāo)市場領(lǐng)域。

不同的公共應(yīng)用規(guī)范以及面向上述4個(gè)不同頻段的射頻設(shè)備提供的靈活性，將為眾多新興無線市場造就豐富多彩的產(chǎn)品。愛特梅爾是業(yè)界首家能夠提供在不同IEEE頻譜活動(dòng)上，運(yùn)行相同ZigBee堆棧應(yīng)用的企業(yè)。