2.4GHz和1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)

ZigBee標準已面市多年，該標準一直面臨著與其它無線標準所面臨的類似挑戰(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，隨著公共應用規(guī)范的推出，ZigBee標準已進入成熟的發(fā)展階段。任何被允許使用ZigBee標識的方案，首先必須通過ZigBee應用規(guī)范驗證，這樣就保證了最終客戶應用層的兼容。測試機構(gòu)通過其測試步驟確保所有設(shè)備不僅使用相同的網(wǎng)絡層標準(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，測試程序還要驗證帶有ZigBee認證標識的最終產(chǎn)品已通過嚴格的測試，從而確保應用程序發(fā)送的信息遵從公共應用規(guī)范中的某一協(xié)議。

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

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

ZigBee Smart Energy標準規(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)絡交互的電表、負載控制單元或室內(nèi)顯示等器件；ZigBee Home Automation標準則覆蓋燈開關(guān)、調(diào)光器、采暖、通風及空調(diào)(HVAC)及窗簾控制等設(shè)備。

另一個新的終端產(chǎn)品公共應用規(guī)范是ZigBee Remote Control，考慮到該遙控標準的最初命名，它通常被稱為ZigBee RF4CE。這項規(guī)范能夠?qū)崿F(xiàn)完整的新一代RF遙控裝置，用于電視或機頂盒等消費電子產(chǎn)品。它可在遙控裝置和消費電子設(shè)備之間實現(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。由于可以實現(xiàn)電視機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。

ZigBee基于IEEE 802.15.4-2003標準，這意味著ZigBee應用程序可以使用該國際IEEE標準規(guī)定的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)功能。 IEEE標準的物理層規(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標準允許在這個全球頻段內(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和藍牙技術(shù)。

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

這個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面效應減少了；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)批準的這類頻段有四個，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，同時提供可在不同頻段使用相同應用層協(xié)議及網(wǎng)絡層協(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化等應用領(lǐng)域受益，因為產(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)絡覆蓋整個樓宇，而不必采用昂貴的功率放大電路。sub-1GHz信號的一個優(yōu)點是，可讓一棟普通樓宇的地下室中的某個電表與第一層中的一個室內(nèi)顯示器直接連接。

支持這種靈活的多頻率應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，并同時能夠提供運行在上述4個sub-1GHz頻段之中3個頻段的器件的公司之一。Atmel AT86RF212就是一款符合IEEE 802.15.4標準且能在北美、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)計的產(chǎn)品(圖2)。

而且，所有這些符合IEEE標準的射頻器件都可運行相同的應用程序，如ZigBee Smart Energy或ZigBee Home Automation。

為實現(xiàn)這一目的，愛特梅爾公司提供了經(jīng)ZigBee Pro協(xié)議堆棧認證平臺，并支持各種公共應用規(guī)范。開發(fā)人員可通過包含ZigBee Smart Energy、ZigBee Home Automation以及ZigBee Building Automation標準設(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，由于應用程序接口(API)是相同的，因而開發(fā)人員能夠更方便地實現(xiàn)不同頻段中的應用。此外，應用開發(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，同時擴大目標市場領(lǐng)域。

不同的公共應用規(guī)范以及面向上述4個不同頻段的射頻設(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頻譜活動上，運行相同ZigBee堆棧應用的企業(yè)。