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1、WiFi入侵无线传感网络，完胜Zigbee？ Wi-Fi正在吹响全面取代其他无线通信协议的战斗号角，而Intel无疑则是这场战役的大后方。2006年9月从Intel分拆出来的初创公司GainSpan声称，他们已经拥有了在无线传感器网络(WSN)领域战胜Zigbee的技术方案。GainSpan总裁兼首席执行官Vijay Parmar不久前在上海接受采访时表示，采用这家公司的WSN解决方案，不仅能够享受到成熟的Wi-Fi技术带来的各种好处，还能确保在单节AA电池下维持长达510年的电池寿命。 Parmar此行的中国之行除了拜访已有的客户，还包括首次在中国大陆举行的小型记者见面会，意在为其已经拉开帷
2、幕的中国业务造势。据介绍，这款在台积电采用0.18微米工艺制造的SoC芯片采用ARM7内核，可以支持IEEE 802.11b/g，并提供了802.11i、AES编码、EAP-FAST三种方式来保证数据和信息安全。另外，根据信号强弱与到达时间(TDOA)大小，还能够提供精确的定位功能。芯片外形尺寸为10mmx10mm。目前，该公司正在积极构建同大学和政府机构的合作关系，并已经同Metatech签署了分销协议。Parmar表示，他计划利用6个月时间在中国大陆建立代表处，北京、上海、深圳将是候选城市。“未来几个月内，我们将致力于提升公司在中国市场的认知度。” Intel不仅是GainSpan的孕育者
3、，还先后在两轮融资中给了这家新兴公司巨大的财力支持。2006年9月，由于同母公司的主营业务相关度并不是非常大，当时尚属Intel新业务规划小组的一个WSN技术开发团队被决定从Intel拆分出来，成立名为GainSpan的初创公司，专注于将Wi-Fi技术应用于工业领域的WSN网络。Intel Capital、New Venture Partners LLC、 OVP Venture Partners、Sigma Partners 等四家投资公司为其提供了总额150万美金的启动资金。 2007年11月，Intel再次联合其他三家公司、并将设在加州Menlo Park市的另外一家风险投资公司Opus
4、 Capital拉了进来，对GainSpan进行了第二轮投资。此轮投资金额一跃提高到了2000万美金。 将Wi-Fi用于WSN网络，确实是个不错的主意。因为它能够享受到正在被大规模部署的Wi-Fi网络所带来的成熟的技术、各种层出不穷的Wi-Fi设备、既有的网络设施、架构支持、丰富的网络知识，另外还有快速安装和减少了学习周期和与其他协议互操作而带来的各种麻烦，加快开发周期。 然而，将Wi-Fi用于WSN却又不是一件容易的事情。因为在这种应用中，最先需要解决的就是功耗问题幸运的是，GainSpan已经将其轻松搞定。虽然没有透露更多的技术细节，但是Parmar表示，有效的激活/待机状态转换以及系统的
5、电源管理是完成这一指标的关键所在。“我们的方案可以实现一节AA电池工作510年的寿命，我们是唯一能够做到这一点的公司。”Parmar的自豪溢于言表。 在2006年带队成立GainSpan之前，Parmar曾在Intel公司工作4年左右。稍早的工作经历是在VxTel(一家VoIP解决方案供应商)担任市场部副总裁，后者与2001年被Intel收购。而更早些时候，他供职于AMD公司，曾经担任AMD亚太地区微处理器方面的区域市场总经理一职。这令他对中国市场相当熟悉。 Wi-Fi Vs Zigbee 要谈到WSN，就必需提到Zigbee，事实上，这种技术已经在WSN领域站稳了脚跟。后起的Wi-Fi如何与
6、其进行竞争？Parmar认为，无论从安全性、技术成熟度、与现有网络连接、还是节点管理、QoS特性、设备互操作性方面，Zigbee都远远不及Wi-Fi。“而这些恰恰都是客户所需要的。”他说。 Wi-Fi在WSN网络的优势还不仅限于此。Parmar指出，正在兴起的Wi-Fi网络建设热潮使得Wi-Fi已经成为了无线网络的主流方向。而运用现有的Wi-Fi网络资源来部署和实施WSN将能够节约大量的硬件成本。此外，无需考虑与Zigbee等其他设备的互操作性，还将帮助项目实施者缩短开发周期，这同样意味着更低的项目实施成本。当然，成熟的Wi-Fi还具有既有架构支持与快速安装的优点。“总之，将Wi-Fi用于传感
7、器网络将有助于投资回报(ROI)和总拥有成本(TCO)上利益的最大化。”Parmar表示，“尽管Zigbee具有尺寸小、单价低等优点，但是一旦考虑到总体成本，他们还是要贵很多。” 完整方案 为了帮助客户缩短开发周期， GainSpan还提供了一整套包括SDK、评估平台、开发平台在内的软硬件工具。其软件栈包括了各种I/O驱动和WLAN固件、RTOS、网络栈、系统服务、WLAN和I/O服务模块、各种应用编程接口以及应用软件。Parmar声称，GS1010的SDK能够帮助工程师节约1012个月的开发时间。而硬件开发平台则能够支持温度、湿度、光敏、压力、加速度等各种传感器，并预留了客户自选的传感器接口
8、和调试以及程序烧录接口。 除了芯片本身之外，客户端管理软件GMS控制系统也在发挥Wi-Fi的优势中起到了很大作用。实时的界面帮助系统控制和采用单跳网络来管理节点可以最大化增加客户端设备电池的续航时间。而支持SNMP、UDP等标准的网络协议则使得Wi-Fi WSN能与工业控制、楼宇自动化、企业网络管理系统等已有的网络系统兼容。该软件还可有效的配置、控制、监控传感器节点，实现智能集中控制和管理，并支持固件升级。此外，智能化的数据处理能力还可集中管理、预处理和归纳传感器收集到的数据。GainSpan已经在去年Q4开始了GS1010的量产。“有数十位客户正在使用我们的芯片开发产品。”Parmar说，“
9、Aginova和RF Digital已经在今年五月推出了采用我们芯片的产品。”而尽管尚处于推广阶段，但他表示，希望能在2009年在账面上实现盈利。 “我们的优势是：最大化的节约电能、更轻松的管理以及最优的控制。”Parmar说，“GainSpan帮你节约成本、节省能源、实现更轻松的工作。”ZigBee前景扑朔迷离巨头热情仍不减 尽管ZigBee在出现伊始就以其低功耗，数据传输可靠，网络容量大，安全可靠以及低成本等一系列令业界欢欣鼓舞的面貌示人，然而这种主要用于室内的无线网络通信技术却并没有太多的机会来让其所具有的种种优点物尽其用。不久前，市场调研公司In-Stat发布的一份报告就指出，目前，Z
10、igBee的开发以大厦自动化设备、产业、医疗及家庭自动化等领域为目标。尤其在自动仪表领域，ZigBee拥有很高的关注度。In-Stat预测，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片组的合计供货量到2011年将从06年的500万个增至1亿2,000万个。但在家电市场，由于竞争技术较多，ZigBee得以普及的可能性很低，发展前景难以预料。 与In-Stat对ZigBee前景表现出的忧虑有所不同，另一家市场调研机构ABI Reserch却对这项技术持有非常乐观的态度。该公司的一份预测数据显示，2005年到2012年，ZigBee市场的年均复合增长率为63%，而到2012年ZigBee市场份额
11、将达3.5亿。尽管这两家公司对ZigBee市场的预期表现出了不同的态度，但这并不妨碍业界厂商在该领域前行的脚步。作为ZigBee有力推动者之一，TI对该项技术表现出了极大的热情。TI在ZigBee方面的脚步可追溯至其2006年对Chipcon的收购。Chipcon是一家致力于低功耗、短距离无线射频(RF)收发器设计的公司。通过该项收购，TI希望为客户提供符合ZigBee标准的解决方案及各种专属射频IC产品。事实上，TI去年推出的一款带硬件定位引擎的SoC解决方案CC2431就是来自Chipcon的产品线。与CC2431同出一门的还包括CC2430。这两款产品都集成了增强型的8051MCU以及R
12、F收发器CC2420。而TI的第一代ZigBee解决方案则是外置MCU+RF收发器，如CC2420配合MSP430。 ABI数据显示ZigBee芯片组市场增长前景明朗 就在不久前，TI又发布了其第三种方案无线网络处理器CC2480。“通常前两种方案都需要花费一些时间来处理ZigBee协议栈方面的工作，但现在我们又多了一种选择”，TI低功耗射频业务全球市场营销总监Emmanuel Sambuis说道，“TI最新的产品CC2480嵌入了TI已经开发好的ZigBee协议栈软件，并且该软件是经过ZigBee联盟认证测试过的。而客户的应用程序可以放在外加的MCU，如MSP430中，这样就可以实现一个完整
13、的ZigBee解决方案”。TI将这一解决方案命名为Z-Accel系列，CC2480则是该系列的首款产品。“CC2480可以通过SPI或UART与各种MCU通信，而不仅是TI的MSP430。除了帮助客户省去了开发软件的工作量，CC2480还提供硬件方面的支持，例如天线的匹配，客户可以直接将该方案用于自己的设计中，你花几个周就可以完成ZigBee产品的设计”，Sambuis表示。TI ZigBee产品路线图 对于上述三种方案的各自的优势，Sambuis强调，“这主要取决于客户的应用，单芯片解决方案占用空间最小，外置MCU+收发器灵活性高，而新推出的方案弹性高，缩短了产品上市时间”。而对于In-St
14、at对ZigBee前景表示出的担忧，TI亚洲区低功耗无线产品部市场营销经理陈雄基则表示不方便发表评论，但他透露，“ABI最新数据很快就会出来，届时的市场情况将一目了然”。 TI三种解决方案各具优势 显然，热衷于ZigBee技术的并不仅仅是TI一家。同样是ZigBee积极推动者的Freescale，Jennic，Ember等也在这个领域全力角逐。Freescale去年就推出了一款单芯片平台解决方案MC1322x。该平台在单一封装中集成了一个32位MCU，一个符合IEEE 802.15.4标准的收发器，以及不平衡变压器和射频(RF)匹配组件。该公司称，MC1322x平台的设计目标是将电池寿命延长到
15、20年，即当前ZigBee解决方案的两倍。 而此前，Freescale也有数款产品面世。 Freescale ZigBee产品路线图英商Jennic在去年年中发布了其自行开发的无线芯片JN-5139微处理器为基础的模块。据介绍，JN-5139整合了一个32位RISC微处理器，并且完全兼容2.4GHz IEEE802.15.4的收发器。该公司表示，JN-5139模块是以其第二代自行研发生产的JN-5139无线芯片为基础设计，在传输效能及功耗方面都作了大幅改善。目前主要提供两个模块系列，提供给仿真开发用的内建陶瓷天线版本及SMA接头版本，另一个则是提供给大量生产用的uFI接头的版本。 而美国另一家
16、厂商Ember推出的ZigBee网络协处理器EM260集成了一个2.4GHz IEEE 802.15.4兼容的无线电收发器和运行在EmberZNet ZigBee堆栈的基于闪存的16位微处理器(XAP2b核)，并且该产品的SPI接口可以使开发者容易的在自己的MCU中增加ZigBee网络功能。 虽然业界厂商都推出了ZigBee解决方案，但各个公司关注的重点并不完全相同。In-Stat公司就表示，在ZigBee市场上，“芯片厂商之间在想法和做法上也存在不同”。比如，英国Jennic等企业就致力于向客户提供低成本工具包，对于使用Jennic部件的客户，一直在免费提供ZigBee用软件栈。而美国Emb
17、er则将该公司的芯片组“EM-250”视为面向客户企业特定用途的MCU(Micro Controller Unit)附加件。 ZigBee技术距离我们还有多远“ZigBee大量应用的最大挑战是软件”德州仪器低功耗射频业务全球业务总监Emmanuel Sambuis日前对电子工程世界记者坦言。多数人是以观赏的眼光看待蜜蜂的“8字舞”（英文中称为“ZigZag舞步”），殊不知ZigZag还是蜂群赖以生存和发展的通信方式。得名于蜜蜂“8字舞”的短距无线技术ZigBee凭借其低功耗、低成本的优势正悄然闯入我们的生活。 然而，ZigBee标准自2004年首次确定以来，并没有像拥护者希望的那样得到大规模应
18、用。但很多厂商还在不断对其下注。 中国：智能家居最先启航ZigBee未能如愿迅速普及的原因来自于多方面，一是终端产品和应用大多处于研发阶段，真正上市的少；二是点对多点应用较多，体现ZigBee优势的网状网络应用少；三是基于ZigBee标准协议的应用少，不少客户都是基于802.15.4底层而采用私有协议；四是潜在应用多，但市场缺乏明确方向。诚然，提及ZigBee的应用，可以列举出如家庭和楼宇自动化、工业监控、设备跟踪、低功耗无线传感器网络、机顶盒与遥控、自动抄表及医疗等诸多应用。仅以抄表系统为例，每个家庭都有不同的表，包括电表、水表、气表，不同的表都有对应的协议栈，所以就要求不同的表可以互相沟通
19、，进行能源管理。智能家居也是如此，如果灯控和探头中间没有一个标准的协议栈的话，沟通就会很困难，基于ZigBee的标准协议栈可以轻易解决这个问题。但是真正的特色应用还未显现。“与美国最先应用到AMI（先进测量设施）中不同，ZigBee将在欧洲、中国最先应用到智能家居系统，”Sambuis预测。想像一下，家中五、六个遥控器的烦恼似乎一下子全解决了，因为智能遥控器会变成你想要的电灯、电视、DVD、音响或空调的遥控器，当你拿起电话，DVD会自动暂停播放，电视机会变成静音，灯会自动控制明暗。那么ZigBee在现在大热的手机领域又将如何呢？Sambuis的回答很耐人寻味。他称在短期内ZigBee不会应用到
20、手机中。当然，大量应用于手机中的蓝牙技术也有其缺点：仅以家居照明为例，该应用对于功耗的要求十分严苛，而蓝牙的功耗并不低，这时ZigBee的低功耗技术派上了大用场。在低耗电待机模式下，2 节5 号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。“当然，贵重医疗仪器的定位是未来潜在应用之一，”Sambuis说。此外，在美国也有人把这个定位功能应用到停车场，在美国汽车出租的公司有很多汽车，在停车场里面基本上很难查找，所以他们把ZigBee芯片放在每一台汽车中，然后在停车场布置一个ZigBee网络，从而很方便给客户找到所需的车。日益成长的Zigbee技术是一
21、组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无线标准如802.11或802.16不同，Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。IEEE 802.15.4与ZigBee的角色分工就如同IEEE 802.11与Wi-Fi的关系。ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。802.15.4仅仅定义了实体层和介质访问层，并不足以保证不同的设备之间可以对话，于是便有了ZigBee联盟。 所以802.15.4不一定用ZigBee协议栈，反过来如果ZigBee协议栈一定
22、是使用802.15.4。数据来源：ABI Research，2007 年然而， 不管是802.15.4专用的协议栈还是ZigBee的标准协议栈，硬件都是同一个硬件，所以全球的分析数据是将二者放在一起的。2005年到2012年63%的年均复合增长率也正显示着ZigBee的巨大潜力，可以想像在未来的35年，ZigBee将悄然入侵我们的生活。加速设计的第三条路而德州仪器在2008年4月24日最新产品的推出，寄望于在未来ZigBee快速发展的几年“可以帮客户挑一些担子”，将协议栈的内容做好，以期加速ZigBee市场的开发，CC2480正是顺应这个趋势的Z-Accel（Accel即acceleratio
23、n，取加快速度的意思）产品系列中符合ZigBee标准的第一代网络处理器。以往的解决方案通过两种途径实现ZigBee：集成RF和MCU的单芯方案以及RF和MCU的双芯方案。如果设计的空间不足，可以考虑单芯的解决方案，从手机上单芯渐成趋势可以窥见一斑。而如果需要发挥空间更大、弹性更大的设计，可以采用RF和MCU的双芯片方案。这两个不同的选择其实有一点共同的地方，客户都要花很多时间的来处理ZigBee协议栈的操作。而此次德州仪器产品的推出，恰恰提供了传统之外的第三条途径：ZigBee网络处理器加MCU的双芯片方案。德州仪器的Z-Accel 是一套解决方案，Z-Stack软件ZigBee-2006 协
24、议栈可在ZigBee 处理器上运行，而应用程序则能在外部 MCU 上运行。CC2480 能够处理所有时序关键型与处理密集型 ZigBee协议任务，而将应用 MCU 的资源占用空间释放出来用于满足其他应用要求。CC2480 不仅能够通过 SPI 或 UART 接口与各种 MCU 通信，还能与 TI 的 MPS430等器件相结合。而往往人们不仅仅需要器件，更需要复杂的模块，所以“与第三方合作，第三方购买器件，验证自己设计的硬件和软件，将是实现ZigBee的第四个方向，”Sambuis对电子工程世界记者说。此所指的第三方不卖器件，而提供更为复杂的模型设计。来源：德州仪器近距离、低复杂度、低功耗、低成本的ZigBee技术，正在包括厂商、ZigBee联盟的多方努力下不断将技术晋级，挑战着我们想像的极限；然而另一方面，是主流应用尚不明晰的市场。那么，我们不禁会问：Zigbee联盟“在未来四到五年，每个家庭将拥有50 个Zigbee器件，最后将达到150个”的预言究竟何时才能实现？
