1. ZigBee （紫峰協(xié)議）
1.1 ZigBee簡介
Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的簡稱，它來源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂(bee)是通過飛翔和“嗡嗡”(zig)抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，而ZigBee協(xié)議的方式特點(diǎn)與其類似便更名為ZigBee。ZigBee主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，其特點(diǎn)是傳播距離近、低功耗、低成本、低數(shù)據(jù)速率、可自組網(wǎng)、協(xié)議簡單。
1.2 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)
ZigBee的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1功耗低
對(duì)比Bluetooth與WiFi，在相同的電量下(兩節(jié)五號(hào)電池)可支持設(shè)備使用六個(gè)月至兩年左右的時(shí)間，而Bluetooth只能工作幾周，WiFi僅能工作幾小時(shí)。
2 成本低
ZigBee專利費(fèi)免收，傳輸速率較小且協(xié)議簡單，大大降低了ZigBee設(shè)備的成本。
3 掉線率低
由于ZigBee的避免碰撞機(jī)制，且同時(shí)為通信業(yè)務(wù)的固定帶寬預(yù)留了專用的時(shí)間空隙，使得在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不會(huì)發(fā)生競爭和沖突;可自組網(wǎng)的功能讓其每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊之間都能建立起聯(lián)系，接收到的信息可通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊間的線路進(jìn)行傳輸，使得ZigBee傳輸信息的可靠性大大提高了，幾乎可以認(rèn)為是不會(huì)掉線的。
4組網(wǎng)能力強(qiáng)
ZigBee的組網(wǎng)能力超群，建立的網(wǎng)絡(luò)每個(gè)有60，000個(gè)節(jié)點(diǎn)。
5安全保密
ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全類和軟件，并集成了IEEE 802.15.4的安全元素。
6靈活的工作頻段
2.4 GHz，868 MHz及915 MHz的使用頻段均為免執(zhí)照頻段。
ZigBee的缺點(diǎn)如下：
1傳播距離近
若在不適用功率放大器的情況下，一般ZigBee的有效傳播距離一般在10m--75m，主要還是適用于一些小型的區(qū)域，例如家庭和辦公場所。但若在犧牲掉其低掉線率的優(yōu)點(diǎn)的前提下，以節(jié)點(diǎn)模塊作為接收端也作為發(fā)射端，便可實(shí)現(xiàn)較長距離的信息傳輸。
2數(shù)據(jù)信息傳輸速率低
處于2.4 GHz的頻段時(shí)，ZigBee也只有250 Kb/s的傳播速度，而且這單單是鏈路上的速率且不包含幀頭開銷、信道競爭、應(yīng)答和重傳，去除掉這些后實(shí)際可應(yīng)用的速率會(huì)低于100 Kb/s，在多個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用時(shí)速率還要被他們分享掉。
3會(huì)有延時(shí)性
ZigBee在隨機(jī)接入MAC層的同時(shí)不支持時(shí)分復(fù)用的信道接入方式，因此在支持一些實(shí)時(shí)的應(yīng)用時(shí)會(huì)因?yàn)榘l(fā)送多跳和沖突會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。
1.3 ZigBee的具體應(yīng)用
ZigBee的問世已經(jīng)有很長一段時(shí)間，但是由于傳輸速率且目前電子設(shè)備中配置其模塊的比例幾乎為零，在2010年前幾乎沒有什么出名的具體應(yīng)用。在LED火熱的這幾年，人們發(fā)現(xiàn)ZigBee適用于燈光照明系統(tǒng)，智能家居系統(tǒng)這種不需要傳輸速率很快的系統(tǒng)。最近還有應(yīng)用在無線定位系統(tǒng)中并在具體的項(xiàng)目上得到了實(shí)施。
2. Bluetooth（藍(lán)牙協(xié)議）
2.1藍(lán)牙簡介
藍(lán)牙協(xié)議是由愛立信公司創(chuàng)造并于1999年5月20日與其他業(yè)界領(lǐng)先開發(fā)商一同制定了藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終將此種無線通信技術(shù)命名為藍(lán)牙。藍(lán)牙技術(shù)是一種可使電子設(shè)備在10～100 m的空間范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或者語音通話的無線通信技術(shù)。
2.2 藍(lán)牙發(fā)展趨勢
藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)日前宣布藍(lán)牙4.0版本正式問世，且制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并開始了認(rèn)證計(jì)劃。藍(lán)牙4.0在保持3.0+HS高速傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上又加入了某開發(fā)商力推的Wibree低功耗傳輸技術(shù)。
藍(lán)牙4.0是IEEE 802.15.1傳統(tǒng)藍(lán)牙，IEEE 802.11物理層和MAC層以及Wibree三者的結(jié)合體，已和大家傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中只適用于WPAN的藍(lán)牙有著天壤之別，在未來幾年藍(lán)牙會(huì)持續(xù)這幾年的發(fā)展趨勢進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用狂潮。
藍(lán)牙4.0最大的突破和技術(shù)特點(diǎn)便是沿用Wibree的低功耗傳輸，它采用簡單的GFSK調(diào)制因而有著極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗，即使只是一顆紐扣電池也可支持設(shè)備工作幾年以上。
藍(lán)牙4.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑cZigBee的星形拓?fù)湎啾葋淼煤唵吻覀鬏斔俾适荶igBee的幾倍以上，在傳輸距離上相對(duì)NFC又有較大優(yōu)勢，加之其在手機(jī)與音頻領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，作為一個(gè)問世不久的新技術(shù)，它對(duì)ZigBee和NFC的威脅力度卻不容忽視，未來發(fā)展不可限量。
2.3藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)
藍(lán)牙的優(yōu)點(diǎn)如下：
1功耗低且傳輸速率快
藍(lán)牙的短數(shù)據(jù)封包特性是其低功耗技術(shù)特點(diǎn)的根本，傳輸速率可達(dá)到1Mb/s，且所有連接均采用先進(jìn)的嗅探性次額定功能模式以實(shí)現(xiàn)超低的負(fù)載循環(huán)。
2建立連接的時(shí)間短
藍(lán)牙用應(yīng)用程序打開到建立連接只需要短短的3ms，同時(shí)能以數(shù)毫秒的傳輸速度完成經(jīng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連接。
3穩(wěn)定性好
藍(lán)牙低功耗技術(shù)使用24位的循環(huán)重復(fù)檢環(huán)(CRC)，能確保所有封包在受干擾時(shí)的最大穩(wěn)定度。
4安全度高
CCM的AES-128完全加密技術(shù)為數(shù)據(jù)封包提供高度加密性及認(rèn)證度。
藍(lán)牙的缺點(diǎn)如下：
1數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮∈芟?/strong>
高速跳頻使得藍(lán)牙傳輸信息時(shí)有極高的安全性但同時(shí)也限制了藍(lán)牙傳輸過程中數(shù)據(jù)包不可能太大。即使在所謂的高保真藍(lán)牙耳機(jī)中高低頻部分也是會(huì)被嚴(yán)重壓縮的。
2設(shè)備連接數(shù)量少
相對(duì)于Wifi與ZigBee，藍(lán)牙連接設(shè)備能力確實(shí)較差，理論上可連接8臺(tái)設(shè)備，實(shí)際上也就只能做到6--7個(gè)設(shè)備連接。
3藍(lán)牙設(shè)備的單一連接性
假設(shè)我用A手機(jī)連接了一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，那么B手機(jī)是連接不上它的，一定要我與此藍(lán)牙設(shè)備之間的握手協(xié)議斷開B手機(jī)才能連接上它。
2.4 藍(lán)牙應(yīng)用
從最初的藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)使得藍(lán)牙技術(shù)在手機(jī)上廣泛運(yùn)用，再到后來藍(lán)牙耳機(jī)和藍(lán)牙無線鼠標(biāo)的風(fēng)靡，再到時(shí)下最流行的藍(lán)牙智能家居系統(tǒng)，藍(lán)牙對(duì)人們生活產(chǎn)生的便利不言而喻。憑借著其在電子產(chǎn)品中的高配置比，人們對(duì)藍(lán)牙新產(chǎn)品的接受程度會(huì)高于ZigBee，NFC等產(chǎn)品。電子窗簾，吸塵器機(jī)器人，抽油煙機(jī)，智能穿戴產(chǎn)品，低功耗的藍(lán)牙4.0將有更大的應(yīng)用市場。
3. WiFi（無線保真協(xié)議）
3.1 WiFi技術(shù)簡介
WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術(shù))是IEEE 802.11的簡稱，是一種可支持?jǐn)?shù)據(jù)，圖像，語音和多媒體且輸出速率高達(dá)54Mb/s的短程無線傳輸技術(shù)，在幾百米的范圍內(nèi)可讓互聯(lián)網(wǎng)接入者接收到無線電信號(hào)。WiFi的首版于1997年問世，當(dāng)時(shí)其中定義了物理層和介質(zhì)訪問接入控制層(MAC層)并在規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)規(guī)范了介質(zhì)訪問層(MAC)的特性和物理層(PHY)，其中物理層采用的是FSSS(調(diào)頻擴(kuò)頻)技術(shù)、紅外技術(shù)和DSSS(直接序列擴(kuò)頻)技術(shù)。在1999年又新增了IEEE 802.11g和IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。
3.2 WiFi技術(shù)特點(diǎn)
1傳輸范圍廣
WiFi的電波覆蓋范圍半徑高達(dá)100 m，甚至連整棟大樓都可以覆蓋，相對(duì)于半徑只有15m藍(lán)牙，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。
2傳輸速度快
高達(dá)54Mb/s的傳輸速率使得WiFi的用戶可以隨時(shí)隨地接收網(wǎng)絡(luò)，并可快速地享受到類似于網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上證券、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議等一系列寬帶信息增值服務(wù)。在這飛速發(fā)展的信息時(shí)代，速度還在不斷提升的WiFi必能滿足社會(huì)與個(gè)人信息化發(fā)展的需求。
3健康安全
WiFi設(shè)備在IEEE 802.11的規(guī)定下發(fā)射功率不能超過100 mW，而實(shí)際的發(fā)射功率可能也就在60～70 mW。與類似的通信設(shè)備相比，手機(jī)發(fā)射功率約在200 mW～1 W，而手持式對(duì)講機(jī)更是高達(dá)5 W。相對(duì)于這兩者WiFi產(chǎn)品的輻射更小。
4普及應(yīng)用度高
現(xiàn)今配置WiFi的電子設(shè)備越來越多，手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、MP4幾乎都將WiFi列入了他們的主流標(biāo)準(zhǔn)配置。
3.3 WiFi發(fā)展趨勢
前段時(shí)間WiFi技術(shù)聯(lián)盟推出了WiFi Direct標(biāo)準(zhǔn)，這也表示著WiFi在上網(wǎng)本、智能手機(jī)、電視機(jī)、機(jī)頂盒和其他設(shè)備中的采用率不斷上升的同時(shí)也開始要涉及藍(lán)牙傳統(tǒng)的WPAN領(lǐng)域。據(jù)市場調(diào)查公司In-Stat的調(diào)查數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2013年全球?qū)⑿略?.16億個(gè)配置WiFi模塊的電子設(shè)備。
傳統(tǒng)標(biāo)配中較熱門的藍(lán)牙與紅外目前只剩下藍(lán)牙，新增的配置包括重力感應(yīng)，GPS及WiFi，當(dāng)中已WiFi配置比例最高。WiFi已經(jīng)幾乎已成為目前手機(jī)及其他類似電子設(shè)備中的標(biāo)配。目前市面上的平板，筆記本電腦及智能手機(jī)幾乎全部配置有WiFi模塊。
近日，博通無線連接集團(tuán)GPS業(yè)務(wù)組市場總監(jiān)David Murray表示，與競爭對(duì)手相比，博通的解決方案有更多的優(yōu)勢--除了利用衛(wèi)星信號(hào)，還通過WiFi和基站來進(jìn)行輔助定位。值得一提的是，WiFi的加入讓難以接收衛(wèi)星信號(hào)的室內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)精確定位。
4. Bluetooth，WiFi，ZigBee特性對(duì)比
表2 Bluetooth，WiFi，ZigBee技術(shù)特性對(duì)照表
5 結(jié)論
目前市面上普及率較高的電子設(shè)備(手機(jī)，平板)中基本配備了藍(lán)牙4.0模塊和WiFi模塊，就此而言這兩者在客戶端能被接受的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ZigBee。其實(shí)早在幾年前日本曾經(jīng)有推廣過帶ZigBee模塊的手機(jī)，但ZigBee協(xié)議的繁瑣及傳輸速率的低下有點(diǎn)似乎趕不上時(shí)代發(fā)展的一個(gè)感覺，所以一直沒有普及開來，但其自組網(wǎng)的特點(diǎn)是其他兩種方案都無法替代的。未來的智能家居市場，藍(lán)牙憑借著其體積小功耗低的特點(diǎn)，可能會(huì)向小型化，例如可穿戴電子設(shè)備的產(chǎn)品方向去發(fā)展。WiFi憑借著無線網(wǎng)絡(luò)幾乎到處都有的特點(diǎn)，一定會(huì)成為未來接受度最高且應(yīng)用最廣的方案。而如今ZigBee要想打破僵局以不被淘汰，可能真的需要一次像藍(lán)牙3.0跨入藍(lán)牙4.0的大改造。
參考文獻(xiàn)：
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[2]李明洋，劉敏，楊放. HFSS天線設(shè)計(jì)[M] . 北京：電子工業(yè)出版社，2011:228-280.
【作者簡介：郭捷（1987-），男，福建漳州人，碩士研究生，主要從事半導(dǎo)體照明方面的研究?！? 【導(dǎo)師簡介：王亞軍（1969-），男，浙江慈溪人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事新能源、半導(dǎo)體照明方面的研究。】