隨著近年來(lái)人類在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、無(wú)線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短通信距離的多功能傳感器成為可能。近期所涌現(xiàn)出來(lái)的一項(xiàng)新的無(wú)線通信技術(shù)—— ZigBee" title="ZigBee">ZigBee 技術(shù)將改變這種狀況。ZigBee 技術(shù)產(chǎn)品以其低成本、低功耗、低傳輸速率、優(yōu)秀的組網(wǎng)能力，被廣泛認(rèn)為將在未來(lái)的幾年中對(duì)樓宇自動(dòng)化工業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

1 無(wú)線通信技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)越性
     無(wú)線通信技術(shù)是利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而無(wú)需線纜介質(zhì)。在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中采用無(wú)線通信技術(shù)是對(duì)系統(tǒng)有線組網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充、擴(kuò)展甚至是替代。無(wú)線通信技術(shù)使得樓宇自動(dòng)化設(shè)備具有可移動(dòng)性，它能快速方便地解決使用有線方式所不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通問(wèn)題。與有線傳輸方式相比較，在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中采用無(wú)線通信技術(shù)具有低廉的安裝費(fèi)用、靈活性和可移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，以下是對(duì)其的詳細(xì)闡述：
（1 ）通常在智能建筑的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，施工周期最長(zhǎng)、對(duì)周邊環(huán)境影響往往是綜合布線系統(tǒng)，采用無(wú)線通信技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是可以免去樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)布線的大部分工作量。
（2 ）在采用有線傳輸方式的樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置通常受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。但是一旦無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建成后，在無(wú)線網(wǎng)的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。
（3 ）由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要，這往往需要預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)；而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，則需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的布局進(jìn)行重新的考慮，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。
（4 ）假如對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)重新進(jìn)行改造，對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，消除原有的舊系統(tǒng)和對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行新的布置將帶來(lái)龐大的工程費(fèi)用，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則相反將會(huì)帶來(lái)巨大收益。

2 無(wú)線通信技術(shù)目前在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用所面臨的問(wèn)題
     盡管在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中采用無(wú)線通信技術(shù)具有有線無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但目前采用有線傳輸介質(zhì)的樓控產(chǎn)品仍然占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位，人們?cè)谶M(jìn)行樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，很少會(huì)考慮到采用無(wú)線通信技術(shù)。這主要是因?yàn)槟壳搬槍?duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)線產(chǎn)品尚面臨著成本、可靠性、適用性和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化等一系列問(wèn)題。

     另外樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)屬于控制網(wǎng)絡(luò)的一種，控制網(wǎng)絡(luò)肩負(fù)的特殊任務(wù)和工作環(huán)境，使它具有許多不同于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)以具有通信能力的傳感器、執(zhí)行器、控制器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并將其連接成開放式、數(shù)字化、實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)通信，完成監(jiān)測(cè)控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。以下是控制網(wǎng)絡(luò)所需要具備的主要特點(diǎn)：
◆ 數(shù)據(jù)傳輸量相對(duì)較??；
◆ 傳輸數(shù)率相對(duì)較低，多為短幀傳送；
◆ 通信傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性強(qiáng)；
◆ 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

     在選擇合適的應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)時(shí)，必須對(duì)以上的內(nèi)容進(jìn)行綜合考慮。目前無(wú)線通信技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用探討比較多的主要有無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN－WirelessLocal area network）是一種借助無(wú)線通信技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線連接的無(wú)線技術(shù)，目的是取代現(xiàn)有的PC、打印機(jī)、傳真機(jī)和移動(dòng)電話等設(shè)備上的有線接口。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)都不能夠完全具備適合在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)。

     ZigBee技術(shù)是建立在IEEE（Institute of Electricaland Electronics Engineers，美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)）802.15.4 基礎(chǔ)上的無(wú)線通信協(xié)議，它是一個(gè)短距離、低功耗協(xié)議，特別適合設(shè)計(jì)應(yīng)用在小型的建筑物自動(dòng)化設(shè)備中，比如溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、燈光控制設(shè)備、環(huán)境傳感器等。ZigBee 技術(shù)能夠在低功耗下提供短距離、低速的數(shù)據(jù)傳輸，使用普通干電池的ZigBee 無(wú)線傳感器能夠持續(xù)運(yùn)行2～3 年的時(shí)間。另外ZigBee 技術(shù)優(yōu)秀的組網(wǎng)能力使得它和其他無(wú)線通信技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用相比尤其具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

3 ZigBee 技術(shù)分析
     ZigBee 技術(shù)是由一個(gè)企業(yè)之間的團(tuán)體——ZigBee聯(lián)盟（ZigBee Alliance）負(fù)責(zé)制定和推廣。ZigBee 聯(lián)盟由霍尼韋爾（Honeywell）、英維思（Invensys）、三菱電氣（Mitsubishi Electric）、三星（Samsung）、摩托羅拉、飛利浦（Philips）和Ember七家國(guó)際著名公司作為發(fā)起方，截至到2004 年11月該聯(lián)盟所參加的企業(yè)成員已經(jīng)超過(guò)100 家，均為在行業(yè)中有重大影響的企業(yè)。

     ZigBee 技術(shù)建立在IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)之上，IEEE802.15.4 是一個(gè)支持低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，主要是設(shè)計(jì)用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制的應(yīng)用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)得到了正式批準(zhǔn)。IEEE802.15.4 是一個(gè)簡(jiǎn)單的但功能卻十分強(qiáng)大的數(shù)據(jù)包協(xié)議，它通過(guò)確認(rèn)、錯(cuò)誤檢測(cè)、區(qū)分優(yōu)先次序的通信、D S S S（Direct Sequence Spread Spectrum－直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，它具有改變頻率消除干擾的能力）和用戶選擇安全等級(jí)等技術(shù)來(lái)提供無(wú)線通信的高可靠性。IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)同樣只規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型中的物理層和介質(zhì)訪問(wèn)子層，其中物理層定義了三個(gè)許可的頻率波段，它們分別是2.4GHz（最高傳輸速率250kbps）、915MHz（最高傳輸速率40kbps）和868MHz（最高傳輸速率20kbps）。
     ZigBee 技術(shù)在IEEE802.15.4 所定義的基礎(chǔ)上又增加了網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用輪廓層（Application Profiles）。ZigBee支持星型、網(wǎng)狀和樹簇狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在每一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中最多可以擁有65535 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址由ZigBee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（Network Coordinator）負(fù)責(zé)分配。另外每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍在30～100m 之間，而且傳輸?shù)木嚯x還可以通過(guò)使用功率放大器和多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到延伸。

     ZigBee 技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，首先ZigBee 技術(shù)是一項(xiàng)低成本、低功耗的無(wú)線解決方案，采用ZigBee 技術(shù)的無(wú)線傳感器使用普通的干電池即可工作2 ～3 年的時(shí)間，而ZigBee 芯片的價(jià)格將在1～2 年時(shí)間內(nèi)降低到2美元左右；其次ZigBee技術(shù)支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這使得ZigBee 網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自修復(fù)的能力，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性；第三，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)量眾多的節(jié)點(diǎn)，這點(diǎn)對(duì)于大型的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中需要大量的傳感器和控制器的場(chǎng)合是非常重要的。

4 ZigBee 技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用前景
     根據(jù)美國(guó)著名的市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)ABI Research[1]預(yù)測(cè)：內(nèi)建ZigBee 無(wú)線裝置的產(chǎn)品將從2005 年的100 萬(wàn)臺(tái)發(fā)展到2006 年的8000 萬(wàn)臺(tái)ZigBee 巨大的發(fā)展空間在于其技術(shù)上明顯的優(yōu)勢(shì)以及市場(chǎng)定位的明確。目前國(guó)際上樓宇自控方面專家基本上形成了共識(shí)，無(wú)線通信技術(shù)在樓宇自動(dòng)化的應(yīng)用將不可阻擋[ 2 ]。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將不僅僅是對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)有益的補(bǔ)充、擴(kuò)充，而可能是替代作用。

     在使用ZigBee 技術(shù)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的框架是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 使用一定數(shù)量的ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)即可覆蓋整個(gè)的建筑內(nèi)部區(qū)域，而且節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，系統(tǒng)將越可靠。另外由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有自配置的功能，增加新的節(jié)點(diǎn)時(shí)或重新對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行布置時(shí)將十分方便。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的邊緣是星型結(jié)構(gòu)，大量?jī)?nèi)建ZigBee 無(wú)線裝置的傳感器或者執(zhí)行器被接入網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器使用普通的干電池就可以工作2 ～3 年時(shí)間。盡管ZigBee技術(shù)有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但其在樓宇自動(dòng)化的應(yīng)用還面臨著和BACnet、LonTalk 以及EIB 這些主要采用有線網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議相融合的問(wèn)題，目前采用這些通信協(xié)議的樓控產(chǎn)品已經(jīng)十分成熟，而且在樓控領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位。ZigBee 技術(shù)的融入比較簡(jiǎn)單的做法是在ZigBee網(wǎng)絡(luò)和這些異種網(wǎng)絡(luò)之間建立相關(guān)網(wǎng)關(guān)作為它們之間的橋梁，那么ZigBee 將是這些有線網(wǎng)絡(luò)的有益補(bǔ)充，屆時(shí)整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)將出現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)共存的局面，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。更為完善的做法是在ZigBee 技術(shù)的基礎(chǔ)上建立與BACnet、LonTalk通信協(xié)議相類似的適用于樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的整套無(wú)線通信協(xié)議，這種情況下ZigBee 將能夠和這些通信協(xié)議相并駕齊驅(qū)，并有可能最終替代這些主要采用有線網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。

5 結(jié)論
     隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，智能建筑的數(shù)量將會(huì)越來(lái)越多，選擇適合中國(guó)國(guó)情的樓宇自動(dòng)化技術(shù)及產(chǎn)品是人們迫切需要關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，但目前我國(guó)智能建筑中所使用的樓控系統(tǒng)及產(chǎn)品大多被國(guó)外的大公司所壟斷，ZigBee 技術(shù)的出現(xiàn)將給我國(guó)開發(fā)自主的具有世界先進(jìn)水平的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)及產(chǎn)品提供一個(gè)嶄新的契機(jī)。