不惧Z-Wave挑战,ZigBee酝酿完美市场风暴

上网时间: 2007年03月01日? 作者:王彦? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:ZigBee?

作为一种低功耗无线联网技术,ZigBee吸引了工业控制、楼宇和家庭自动化系统厂商甚至军事研究人员的目光。遗憾的是,在首个版本问世两年多后的今天,该项技术的大规模应用仍未全面展开。不过,随着楼宇和家庭自动化市场的渐渐启动,人们相信2007年会出现不一样的变化。

完美市场风暴来袭

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Peter Ma:能源保护和环境要求将是ZigBee市场的最大推动力。/I>

无论是中国还是全球范围内,受楼宇和高度集成的家庭自动化市场的推动,ZigBee技术将在2007年获得空前的应用。特别是在中国,该技术被采用的‘完美风暴’很将很快上演。”来自ZigBee技术全球三大IC供应商之一的Ember这样展望该技术在2007年的表现。该公司亚洲市场销售总监Peter Ma表示,今后10年中国将有望新增7,000万个家庭,这是开拓家庭自动化市场的一个有利因素。与此同时,许多系统供应商的ZigBee楼宇自动化产品也将陆续开始进入市场。“中国和全球市场日益迫切需要节能环保的建筑,而这正是ZigBee所能带来的最大好处。”

ZigBee联盟在去年发表了最新的升级规范ZigBee 2006。尽管许多工业和建筑自动化系统厂商希望等到安全级别更高以及跳频得到改进的另外一个更新的版本发布后,再着手推进新产品的研发,但是家庭自动化市场上的供应商们已经蠢蠢欲动,2007年将是他们大展拳脚的一年。

无线家庭自动化市场前景确实诱人。市场研究公司ABI Research此前发布的报告称,受互动化零售环境、远程家庭监控系统和新居整体系统的需求推动,无线家庭自动化节点市场规模将从2005年的110万美元发展到2011年的5,800万美元。另外,在商机更加无限的商务楼宇自动化领域,ZigBee也比其他无线传感器技术更有竞争力。商务楼宇代表着一个更加巨大的无线自动化市场,因为目前该市场仍然采用电缆连接的现场总线来将传感器和传动器同照明、供暖、通风、门禁以及安全系统连接在一起。此外,ZigBee在AMR/AMI方面的应用也被业界看好。

Peter Ma指出,能源保护以及更安全、更舒适的生活和工作环境将是ZigBee技术应用的最大推动力。他介绍说,通过将一套基于Ember技术的ZigBee环境管理系统引进到其位于加拿大的一些酒店中,全球最大私人酒店管理集团之一的Westmont酒店集团已经在能源消耗和相关开支上节省了40%以上。

工业应用方面,同样采用Ember技术的Hitachi WirelessInfo公司不久前推出了一款新的ZigBee实时监控系统。利用它可以创建一个可管理的全控式工作环境——包括温度、湿度以及空气粒子在内的各种环境因素都可以保持在理想的条件下。食品厂、保健设施、仓库以及其他对空气流通以及周围环境要求极其严格的建筑物将从中获益。

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Kobus Marneweck:ZigBee将是采用网状网络的监控/控制系统的领导标准。/I>

“ZigBee最先是定位于家庭和楼宇自动化市场,但是它已经被应用在了包括资产追踪、商业照明、家庭自动化以及工业传感器网络等各种市场。”来自TI公司的低功耗无线产品部总经理Kobus Marneweck表示,“预计ZigBee将成为所有采用网状网络(mesh network)的监控/控制系统的领导标准。”

差异化的产品策略

为了迎接即将起飞的ZigBee的市场,各家半导体供应商已做好了准备。纷纷基于各自优势推出了不同特点的解决方案。

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Brett Black:ZigBee比Z-Wave的功能更强大。

作为ZigBee的主要发起人,飞思卡尔的策略是为客户提供包括芯片、软件以及参考设计在内的一站式全套ZigBee解决方案。“其优势在于能缩短产品开发周期,加快客户产品的面市速度。”该公司商业无线运营经理Brett Black表示。

据称,MC1319x和MC1321x两个系列的产品能满足目前市场对ZigBee的所有需求。Black表示,飞思卡尔最新的ZigBee解决方案便是在MC1319x系列基础上构建的。而MC1320x则是符合IEEE 802.15.4标准的下一代无线系列产品。“后者拥有出色的射频特性和灵活的架构。它集成了Tx/Rx开关,并减少了外部器件,这使得原料清单(BOM)和总体开发成本大大降低。据称,两大系列产品均支持被广泛使用的飞思卡尔软件堆栈选件、简单MAC (SMAC)、802.15.4 MAC和完整的ZigBee堆栈。”他说。

Black还介绍了飞思卡尔最新推出的MC1321x系统级封装(SiP)产品系列。该产品最为引人注目的应该是其将MC9S08GT单片机与MC1320x收发器集成到了一个大小仅有9x9mm2的LGA封装中。目前,该系列提供从16kB至60kB不等的三种不同的内存配置。“正在研发的下一代解决方案将为高端应用提供更多功能。”Black称。

软件方面,去年6月飞思卡尔推出了一款名为BeeKit的无线连接工具套件。其中包含了该公司的BeeStack协议堆栈和相关的开发配置工具(支持该公司推出的、基于HCS08单片机并符合ZigBee规范以及的ZigBee兼容平台)。由于它提供了一个易用的操作界面和开发框架,使开发人员能为点对点、802.15.4和ZigBee应用配置各种参数,从而帮助客户提供简化的开发流程,加快产品上市周期。

来看TI公司,这家全球第三大半导体供应商于2005年末通过收购Chipcon公司借道进入ZigBee市场。该公司低功耗无线产品部总经理Kobus Marneweck特别强调了其在低功耗技术方面的优势。“TI的低功率无线部门拥有许多射频领域的专门技术。这些技术令我们能够开发出功耗极低的射频产品——无论在信号收发还是节点掉电时都是如此。”他介绍说,TI的ZigBee解决方案拥有极短的信号传输周期。另外,在信号传输完毕之后,能迅速切换到掉电模式。“这对电池供电的系统是非常重要的。”Marneweck指出。

据介绍,TI目前有两个ZigBee兼容平台(ZSP)。其中一个ZSP是ZigBee节点的基础,采用它开发人员能够迅速建起一个系统并使它运行起来。而另外一个ZSP则包含了一个符合IEEE802.15.4的射频模块、一个微控制器以及一个ZigBee协议栈。“开发人员不再需要深入了解ZigBee,他们只要专注在应用开发上即可。”Marneweck说。据悉TI可提供双芯片(收发器+微控制器)的分立方案以及收发器和微控制器被集成在一起的SoC方案。此外,Marneweck还透露,TI将在2007年底将发布一款新的IEEE 802.15.4收发器,除了在射频性能上有所改善外,新产品还将在定价上更具优势。

与其他竞争者基于某个单一微控制器平台不同,Ember的策略是赋予客户极大的灵活性——他们可以在任何主流的微控制器平台上(包括ST、Microchip、Philips、三星、Toshiba以及其他厂商)采用Ember提供的方案搭建ZigBee应用。“这些产品同ZigBee联系在一起使我们联想到以太网。”Peter Ma表示,“以太网使得数以百万计的个人电脑互联成网,而ZigBee意味着每年近百亿的新出现的日用电子产品所组成的一个更大的网络。Ember已经开发出了EZSP,它是一个易用的SPI接口,能够显著加速并简化微控制器之间的通信过程。”

“Ember最大的竞争优势在于我们的嵌入式软件。”Peter Ma强调,“我们刚刚发布了一个新的专业版ZigBee网络软件——EmberZNet PRO。它是专为大型复杂传感器以及控制网络而设计的。”另外,该公司已经宣布了同ST之间的伙伴关系,两家公司将致力于共同开发下一代ZigBee芯片平台、软件以及相应的工具。

这家ZigBee方案供应商的不同之处还体现在对楼宇和家庭自动化以及先进计量市场的专注。“Ember并不是面向所有客户所有应用提供方案。”Peter Ma最后指出,“我们相信,通过不断吸收各种专有技术以及理解他们各自的独特需求,Ember能够为客户带来更多增值。”

ZigBee与Z-Wave平分天下

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由于看好ZigBee的发展前景,许多半导体厂商都在该项技术问世时纷纷参与到共同研究的行列中来。然而这非但没有推动该技术的快速应用,相反,过多的参与者以及过多应用领域使得标准制定过程变得拖沓冗长。这让一些公司心存不满,飞利浦半导体已经宣布退出ZigBee阵营。此外,Zensys、Nordic、Pyxos、蓝牙以及它的衍生版、由爱立信推出的Bluetooth-Lite等技术等都把眼光瞄向了原本ZigBee想要一统天下的领域。其中,Zensys更是被许多观察家看作了ZigBee的头号竞争对手。

由Zensys公司主推的Z-Wave技术正在加速它的商业化进程。Zensys公司牵头的Z-Wave联盟在短期内就获得了数十家厂商的支持。而Intel公司也在去年早些时候宣布对这家家庭自动化控制技术IC供应商进行策略性投资。据悉,已有多家领先的消费类电子OEM公司采用了Z-Wave无线技术,目前面世的产品多达100多款。Zensys公司称,这使得Z-Wave联盟成员能比其他无线家庭控制系统供应厂商更快地将产品打入市场。

“Z-Wave的确是Zigbee目前最大的竞争对手。”Ember亚洲市场销售总监Peter Ma承认,“不过,虽然这两种技术都提供了相似的功能,但作为一项已经确立的国际标准,ZigBee在可扩展性、安全性以及应用鲁帮性上拥有绝对的优势。”此外,他还表示,作为国际标准的ZigBee已经拥有超过200家OEM、半导体制造商和技术成员所组成的产业化联盟为其发展的强大后盾。而Z-Wave却还是一个私有技术(Zensys公司独家拥有)。

飞思卡尔公司商业无线运营经理Brett Black认为与Z-Wave相比,ZigBee的功能要更加强大,这主要表现在四个方面:1.ZigBee所使用的2.4GHz频段是一个可在世界各地使用的ISM频段;2.ZigBee支持路由器功能、集群树状/网状网络;3.更高的数据速率,有助于进一步改善功耗,特别适合电池供电的解决方案;4.众多供应商的参与将有助于提高产品功能,降低系统成本。

“在美国,基于Z-Wave技术的产品非常有限。”Black指出,由于Z-Wave是次级千兆赫兹解决方案,并不能在世界各地获得支持,这又限制了它在美国境外的使用。“同Z-Wave为Zensys公司一家单独拥有相比,基于IEEE 802.15.4的ZigBee能为客户带来更多选择。”他说。

来自TI公司的低功耗无线产品部总经理Kobus Marneweck对上述意见表示赞同。“客户需要一个开放的标准。他们希望有多个提供商以及全球范围内都能够使用的频段。”Marneweck说,“当然,他们也同样希望能够出现针对多个市场的单一解决方案,比如一个解决方案同时满足商业和家庭自动化两个应用。而ZigBee正是满足了这些需求。”

ZigBee已经受到Z-Wave的威胁,一场争夺市场的大战在所难免。不过这场战争恐怕还没有打起来时就要偃旗息鼓了。“许多人都认为这两种无线技术之间的已经不可避免的拉开了战线。但我觉得也许用‘边界线’这个词来表述可能会更恰当一些。”Peter Ma指出,“由于在活动范围、扩展性以及安全性等方面存在差异,这导致两种技术会走向不同的产品路线——Z-Wave更适合非常低端的利基消费市场,而ZigBee则在集成家庭以及楼宇自动化市场更有优势。”

以应用为例,Peter Ma认为,Z-Wave是一个简单、私有的网络协议,其所占用处理器资源较ZigBee要少。由于它运行在单信道(有868MHz和900MHz两种频率可选,不过在某些国家可能无法使用),从而使其能够免受来自WLAN、无绳电话、微波炉等其他家电设备的噪音干扰。这种简化使得Zensys的芯片能够更快的进入市场,而产品定价也比现有的ZigBee产品更有竞争性。“对于那些怀着‘建好后就忘记它(set it and forget it)’想法的DIY消费者来说,Z-Wave确实是一个不错的方案。”

不过,ZigBee关注的领域则要广的多,包括精密家庭和商业监控以及控制。是的,其协议要复杂的多,但却拥有更多的功能。另外,Z-Wave的单信道方式远远不能胜任这项工作,而ZigBee跳频扩频(FHSS)技术却能大展身手。对于楼宇自动化专家来说,在公寓、写字楼以及其他彼此距离非常接近的场合中,这项能力是关键的,因为很可能隔壁的Z-Wave网络会侵入到你的网络中来。

“总之,这场所谓的无线家庭自动化标准之战正在逐步变成一个彼此间市场细分的过程。由于简单化,Z-Wave在低端消费类市场取得飞跃式发展。而ZigBee则得利于其良好的稳定性、扩展性以及安全性逐步占领集成家庭自动化市场。”Peter Ma说。

尚存挑战

任何技术在推广普及的过程中都面临一些挑战。对于ZigBee来说,目前面临的最大挑战可能是因为无线互联技术的复杂性而给防护系统工程师带来的抵触情绪。“他们并不想为了开发ZigBee无线产品就必须成为一名网络专家。”Peter Ma指出,“同样,系统设计师也不希望为了掌握新的硬件和工具而放弃已经熟悉的微控制器平台和工具。”此外,对于具体应用来说,充足的片上内存则是另外一个挑战。过去系统设计师不得不在MCU上存储一个完整的ZigBee协议栈,这拉高了系统成本并占用了许多处理能力。

但幸运的是,上述挑战正在被一一克服。Ember的开放源界面EZSP能帮助开发人员将ZigBee网络功能更加容易的集成进他们所设计的产品中。此外,由于能够单独完成ZigBee处理能力,EM260 ZigBee协处理器还赋予了系统设计师更大的灵活性,今天他们已经能够根据个人喜好来选择MCU了。

“IC供应商需要向人们证实,无线技术并不像变戏法那么难,任何人都可以将其引入他们的应用中去。”Marneweck说,“随着协议堆栈的改进,方案供应商应该使ZigBee更加容易实施。此外,他们还需要得到充分的培训。TI正在这个方向上继续努力。”


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  • ZigBee是什么
  • ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术,主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,因此它们的通信效率非常高。最后,这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。ZigBee的目标市场主要有PC外设(鼠标、键盘、游戏操控杆)、消费类电子设备(TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置)、家庭内智能控制(照明、煤气计量控制及报警等)、玩具(电子宠物)、医护(监视器和传感器)、工控(监视器、传感器和自动控制设备)等非常广阔的领域。

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