低功耗射頻技術(shù)的發(fā)展

低功耗的射頻技術(shù)正在飛奔著進(jìn)入人們的生活。像我們乘坐公交時使用的公交卡，方便大家隨時隨地上網(wǎng)的無線路由器，以及大紅大紫的任天堂Wii游戲機(jī)的無線手柄，這些工具/產(chǎn)品背后無不有低功耗無線射頻技術(shù)的身影。這還只是我們所能看到的部分，在物流、工業(yè)、建筑、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域，低功耗射頻技術(shù)也在扮演著越來越重要的角色。

低功耗射頻技術(shù)雖然傳輸距離不長，數(shù)據(jù)傳輸率也不大，但它能使無線設(shè)備小巧靈活，在很多場合充分發(fā)揮作用。

ZigBee的興起
提起低功耗射頻技術(shù)，最知名的就是藍(lán)牙（Bluetooth）和ZigBee技術(shù)。其中，藍(lán)牙技術(shù)推廣較早，已經(jīng)有了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，很多消費(fèi)電子設(shè)備上都有藍(lán)牙收發(fā)裝置。ZigBee技術(shù)則興起得較晚，但是發(fā)展速度很快，大有趕超藍(lán)牙之勢。特別是家電和工業(yè)自動化領(lǐng)域，ZigBee的應(yīng)用正有聲有色地展開。

這里，先簡單介紹一下ZigBee技術(shù)。ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要通信協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，其底層是采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體存取層與實(shí)體層。總結(jié)起來，ZigBee技術(shù)有下面幾個優(yōu)點(diǎn)：

1 低功耗：ZigBee的傳輸速率較低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號的收發(fā)時間很短。在待機(jī)模式下，ZigBee節(jié)點(diǎn)會進(jìn)入休眠模式。這一切使得Zigee設(shè)備非常節(jié)電，使用普通5號堿性電池對的ZigBee節(jié)點(diǎn)可工作達(dá)6個月到2年左右。

2 數(shù)據(jù)傳輸可靠性強(qiáng)：ZigBee的MAC層采用talk-when-ready的碰撞避免機(jī)制。

3 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多可配置255個ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，包括一個主控（Master）設(shè)備和其他從屬（Slave）設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（Network Coordinator），整個網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過64000個的ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，再加上各Network Coordinator可互相連接，整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀。

4 高安全性：ZigBee 提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)，以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

5 短時延：ZigBee節(jié)電從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms。

6 低成本：通信協(xié)議的簡化，降低了對設(shè)備的要求。

說到ZigBee，就不得不提到ZigBee RF4CE（Radio Frequency for Consumer Electronics)標(biāo)準(zhǔn)。這是一個由眾多家電巨頭和半導(dǎo)體器件供應(yīng)商結(jié)成的聯(lián)盟所制定的標(biāo)準(zhǔn)。它的起因是因?yàn)橛耙艏译娫O(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和顯示設(shè)備的大型化趨勢越來越明顯，以前占據(jù)家電遙控器主導(dǎo)地位的紅外傳輸技術(shù)已經(jīng)跟不上時代的步伐，其接收角度狹小，無法雙向傳輸信息的缺點(diǎn)愈加明顯。為此，必須有新的無線技術(shù)取而代之。事實(shí)上，很多廠商都在開發(fā)相應(yīng)的替代無線技術(shù)，但因?yàn)槿狈y(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得局面極為混亂。為了扭轉(zhuǎn)這些不利的狀況，全球家電業(yè)巨頭松下、索尼、三星、飛利浦等決定攜手推動射頻遙控器軟件協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，并決定以IEEE 802.15.4作為射頻遙控器所采用的無線電平臺。隨后，德州儀器、飛思卡爾、Ember等芯片供應(yīng)商也加入，RF4CE產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟亦宣告成立。在今年4月，第一批ZigBee RF4CE參考平臺正式通過了驗(yàn)證。這也就意味著，ZigBee進(jìn)入家電遙控器市場的時間很快就要到來了。

另外，近年來發(fā)展很快的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也在大量使用ZigBee技術(shù)。這也為ZigBee的發(fā)展提供了另一個空間。

半導(dǎo)體器件商的高集成度解決方案
RF4CE產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟中的半導(dǎo)體廠商代表，如德州儀器、飛思卡爾等，都在不斷推出自己的ZigBee產(chǎn)品，以期能迅速占領(lǐng)市場。

飛思卡爾公司在今年年初推出了其第二代芯片組MC1321x系列，其在第一代的基礎(chǔ)上集成發(fā)射/接收開關(guān)，減少了所需的外部組件數(shù)量。

而德州儀器公司也在近日推出了自己的新產(chǎn)品——CC2530。該產(chǎn)品不僅支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，而且還支持包括ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)、ZigBee RF4CE遠(yuǎn)程控制、智能能源、家庭與樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控以及無線醫(yī)療等在內(nèi)的一系列豐富應(yīng)用。與同類解決方案不同，CC2530可提供達(dá)高達(dá)256K的閃存。其輸出功率，也從前代產(chǎn)品CC2480的94dB增加到現(xiàn)在的101dB。同時，該產(chǎn)品支持49dB的相鄰?fù)ǖ酪种疲@也是業(yè)界里一個非常高的指標(biāo)。CC2530的Flash存儲器可以支持多種應(yīng)用，其集成了高級RF收發(fā)器、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051 MCU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8KB RAM，可減少多種外圍元件（DMA、GPIO、USART、ADC以及定時器）。對于ZigBee器件來說，開發(fā)工具也非常重要。CC2530也有多種開發(fā)套件，包括了基礎(chǔ)開發(fā)套件 (CC2530DK)、ZigBee開發(fā)套件(CC2530ZDK)以及ZigBee RF4CE 開發(fā)套件 (RemoTI-CC2530DK)。同時，還有免費(fèi)的協(xié)議軟件棧，包括適用于符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的Z-Stack軟件(ZigBee PRO)，適用于ZigBee RF4CE遙控應(yīng)用的Remo TI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及適用于專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

需要解釋一下Remo TI協(xié)議，這是面向ZigBee RF4CE規(guī)范的同時包含軟件與硬件的完整網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包含了CC2530 IEEE/802.15.4片上系統(tǒng)與軟件協(xié)議棧。

未來
根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)ABI Reserch的報(bào)告，ZigBee市場的年均復(fù)合增長率為63%，而到2012年ZigBee市場份額將達(dá)3.5億元。但是，也存在一些不利因素，使用標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議的產(chǎn)品少，潛在市場眾多，但方向難以明確。不過，隨著ZigBee RF4CE協(xié)議的逐漸推廣，情況漸漸明朗起來。家電市場有望成為ZigBee突破的第一站，并成為一個巨大的市場。而隨著ZigBee的崛起，低功耗射頻技術(shù)也會迎來一個高速發(fā)展的時期。