ZigBee性能分析

　　面對ZigBee協議棧作了一些介紹，要知道ZigBee能勝任什么工作，還需要作進一步的分析，主要有幾個方面：數據速率、可靠性、時延、能耗特性、組網和路由。

　　ZigBee的數據速率比較低，在2.4GHz的頻段也只有250kb/s，而且這只是鏈路上的速率，除掉幀頭開銷、信道競爭、應答和重傳，真正能被應用所利用的速率可能不足100kb/s，并且這余下的速率也可能要被鄰近多個節點和同一個節點的多個應用所瓜分。所以我們不能奢望ZigBee去做一些如傳輸視頻之類的高難度的事情，起碼目前是這樣，而應該聚焦于一些低速率的應用，比如人們早就給它找好的一個應用領域—傳感和控制。

　　至于可靠性，ZigBee有很多方面進行保證，首先是物理層采用了擴頻技術，能夠在一定程度上抵抗干擾，而MAC層和應用層（APS部分）有應答重傳功能，另外MAC層的CSMA機制使節點發送之前先監聽信道，也可以起到避開干擾的作用，網絡層采用了網狀網的組網方式（圖4），從源節點到達目的節點可以有多條路徑，路徑的冗余加強了網絡的健壯性，如果原先的路徑出現了問題，比如受到干擾，或者其中一個中間節點出現故障，ZigBee可以進行路由修復，另選一條合適的路徑來保持通信（圖5、圖6）。據了解，在最新的ZigBee 2007協議棧規范當中，將會引入一個新的特性——頻率捷變（frequency agility），這也是ZigBee加強其可靠性的一個重要特性。這個特性大致的意思是當ZigBee網絡受到外界干擾，比如Wi-Fi的干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上。

　　圖4 ZigBee可靠的網狀網組網方式

　　圖5 ZigBee網絡受到外部干擾

　　圖6 通過更換路徑避開干擾

　　時延也是一個重要的考察因素。由于ZigBee采用隨機接入MAC層，并且不支持時分復用的信道接入方式，因此對于一些實時的業務并不能很好支持。而且由于發送沖突和多跳，使得時延變成一個不易確定的因素。

　　能耗特性是ZigBee的一個技術優勢。通常情況下，ZigBee節點所承載的應用數據速率都比較低，在不需要通信的時候，節點可以進入很低功耗的休眠狀態，此時能耗可能只有正常工作狀態的千分之一。由于一般情況下休眠的時間占總運行時間的大部分，有時可能正常工作的時間還不到1%，因此達到很高的節能效果。在這種情況下，ZigBee的網絡有可能依靠普通的電池連續運轉一兩年。當然，ZigBee節點能夠方便的在休眠狀態和正常運行狀態之間靈活的切換，和它底層的特性是分不開的。ZigBee從休眠狀態轉換到活躍狀態一般只需要十幾毫秒，而且由于使用直接擴頻而不是跳頻技術，重新接入信道的時間也很快。

　　最后是組網和路由特性，它們屬于網絡層的特性，ZigBee在這方面做得相當出色。首先是大規模的組網能力——ZigBee可以支持每個網絡多達六萬多個節點，相比之下，Bluetooth只支持每個網絡8個節點。這是因為ZigBee的底層采用了直擴技術，如果采用非信標模式，網絡可以擴展得很大，因為不需要同步。而且節點加入網絡和重新加入網絡的過程也很快，一般可以做到一秒以內甚至更快，而Bluetooth通常需要3s時間。在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的網狀網的路由，因此可以布設范圍很廣的網絡，并且支持多播和廣播的特性，能夠給豐富的應用帶來有力的支撐。

　　ZigBee應用淺談

　　上面介紹了ZigBee的一些技術優勢，也談到了不足之處，目前有些說法把它跟其它他的無線技術，如Wi-Fi、Bluetooth、 RFID、NFC等等進行類比，說某種技術不如另一種，甚至說某種技術要取代另一種，這樣的說法是片面的。作為一種低速率的短距離無線通信技術， ZigBee有其自身的特點，因此應該有為它量身定做的應用，盡管在某些應用方面可能和其他技術重疊。下面就來簡單看看ZigBee可能的一些應用，包括智能家庭、工業控制、自動抄表、醫療監護、傳感器網絡應用和電信應用。

　　智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設備，如電燈、電視機、冰箱、洗衣機、電腦、空調等等，可能還有煙霧感應、報警器和攝像頭等設備，以前我們最多可能就做到點對點的控制，但如果使用了ZigBee技術，可以把這些電子電器設備都聯系起來，組成一個網絡，甚至可以通過網關連接到 Internet，這樣用戶就可以方便的在任何地方監控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。原文位置

　　工業控制：工廠環境當中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術把它們連接成一個網絡進行監控，加強作業管理，降低成本。

　　自動抄表：抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個月或每個季度可能都要統計一下讀數，報給煤氣、電力或者供水公司，然后根據讀數來收費。現在在大多數地方還是使用人工的方式來進行抄表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個領域，利用傳感器把表的讀數轉化為數字信號，通過ZigBee網絡把讀數直接發送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進行抄表還可以帶來其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發送給用戶，或者和節能相結合，當發現能源使用過快的時候可以自動降低使用速度。

　　醫療監護：電子醫療監護是最近的一個研究熱點。在人體身上安裝很多傳感器，如測量脈搏、血壓，監測健康狀況，還有在人體周圍環境放置一些監視器和報警器，如在病房環境，這樣可以隨時對人的身體狀況進行監測，一旦發生問題，可以及時做出反應，比如通知醫院的值班人員。這些傳感器、監視器和報警器，可以通過ZigBee技術組成一個監測的網絡，由于是無線技術，傳感器之間不需要有線連接，被監護的人也可以比較自由的行動，非常方便。

　　傳感器網絡應用：傳感器網絡也是最近的一個研究熱點，像貨物跟蹤、建筑物監測、環境保護等方面都有很好的應用前景。傳感器網絡要求節點低成本、低功耗，并且能夠自動組網、易于維護、可靠性高。ZigBee在組網和低功耗方面的優勢使得它成為傳感器網絡應用的一個很好的技術選擇。

　　電信應用：在2006年初的時候，意大利電信就宣布她研發了一種集成了ZigBee技術的SIM卡，并命名為“ZSIM”［5］。其實這種 SIM卡只是把ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯盟也在2007年4月發布新聞，說聯盟的成員在開發電信相關的應用［6］。如果 ZigBee技術真得可以在電信領域開展起來，那么將來用戶就可以利用手機來進行移動支付，并且在熱點地區可以獲得一些感興趣的信息，如新聞、折扣信息，用戶也可以通過定位服務獲知自己的位置。雖然現在的GPS定位服務已經做得很好，但卻很難支持室內的定位，而ZigBee的定位功能正好彌補這一缺陷。