1 概述
    ZigBee技術發展了很多年，這項技術從實驗室走向產業化的過程中，經歷了很多變遷，國際間的技術推廣、技術本身透過廠商產品的不同設計，以及最終用戶根據應用需求對產品的特定需求，都在塑造著ZigBee技術的實用化形式，可以說ZigBee技術的發展，本身就是國際組織、各個科研機構、政府部門、嵌入式系統設計廠商以及無數的客戶共同參與繪制的一幅圖畫。
    本文站在ZigBee技術應用的第一線，關注ZigBee無線通訊系統設計中，用戶最為關心的一些因素。之所以關注這些因素，一方面用戶可以將本文看做應用ZigBee無線技術參考指南，另一方面又可以從中窺探到，用戶需求對于ZigBee這項技術發展，特別是產品形式，起到的一個塑造力。
2 應用中的問題
    筆者在ZigBee模塊研發與應用中碰到不少的客戶，咨詢同樣的問題，將這些問題匯總起來，不難看出，設計一個2.4 GHz無線通信系統，需要考慮以下幾個方面。
2.1 模塊能傳多遠，能否滿足我的設計需要
    這是一個不容易回答的問題，在標準流程的無線系統設計過程中，現場勘查與信道評估是項目開始之前的準備工作，無線通信系統沒有了信號線，空間成為了信道，我們知道不同材料的傳播速度不一樣，復雜的空間物體布局，便像一個材質混雜的導線，不了解現場情況，你沒辦法說從發射到接收之間信號衰減了多少，更無法評估無線信號傳播距離。因此，信道評估應該在前期做好勘查，并讓設計人員參與其中，做好勘查記錄。
    得到現場的資料之后，要知道ZigBee模塊是否能達到要求，我們還需要知道一些關于無線信號傳輸的一些基本知識，主要體現在以下三個方面。
    (1)無線信號衰減曲線
    如圖 1所示，信號在自由空間按照指數形式衰減，離發射源最近的1 m內，通常會有40 dB的信號衰減，1 m～10 m又有20 dB的衰減，也就是說到達10 m，即使空間中沒有任何障礙物，輸出功率也會由源的0 dBm(1 mW)，下降到-60 dBm(1 μW)，詳細數據如表1所示。

    (2)障礙物衰減
    除去自由空間，現場往往還有障礙物，不同材質的障礙物對于2.4 GHz無線信號的衰減有一些經驗參數，如表2所示。

    (3)鏈路預算
    鏈路預算為發送功率和接收靈敏度的絕對值之和，它在某種程度上，體現了一個射頻芯片的總體收發性能。
    以ZM2410模塊為例，接收靈敏度-97 dB，發送功率6 dBm(5 mW），6+|-97|=103，ZICM2410芯片的鏈路預算為 8+|-98|=106 dB，從芯片到模塊，損耗了3 dB。
    對于ZM2410模塊103 dBm的鏈路預算，根據表 1和表2的數據可知，在1 m之外，只剩下63 dB的鏈路預算，從而能估算出還可以穿透3～6堵鋼筋混凝土墻。
2.2 對等網還是主從式網絡
    在ZigBee應用當中，組網是一個需要仔細考量的問題，用戶需要考慮實際通信需求，一般來說，對等網也稱MESH網絡，即任何節點都可以向其他節點發送數據，每個節點都會幫助其他節點轉發數據，應用簡單，冗余性強，適合大多數應用。而對于實時性要求嚴格，且對于路由有特殊需求的客戶，則應當使用主從式網絡，區分出主機和從機來，由主機發起通信，從機只做應答，采用輪詢的方式進行交互，這樣的實時性是最好的。
    對于主從式網絡與對等網絡，可以參照現有的傳媒模式來做個對比，主從式網絡好比傳統的傳媒，由電視臺和報社派出記者，到現場采訪，民眾回答記者的問題，記者回到報社撰稿發布信息。而MESH對等網，則類似時下流行的微博，每個人都是一個微記者，參與對實事的感知和信息采集發布，每個人也都作為一個轉發者，路由傳遞信息。
    這兩種組網方式，各有優缺點，在選擇的時候，不妨橫向用傳媒的例子去對比，或許對于系統結構會有更深的理解。
2.3 二次開發還是拿來主義
    用戶的應用千差萬別，沒有哪個模塊能實現所有的需求，對于功耗需求嚴格，且功能較為簡單的應用，可以考慮在內嵌MCU的單射頻芯片當中，嵌入自己的應用，完成全部的功能，目前市面上的ZigBee模塊一般作為一個通信Maxim模塊使用，然而射頻芯片有不少集成了8位甚至32位的MCU核，供芯片級應用客戶（多為有實力的代理商）在內部開發無線路由協議棧，因此在硬件資源上，是具備用戶二次開發的基礎的。
    然而目前的現狀是，要么全部開發工作都交給客戶，廠商只提供一些底層函數，要么僅提供為數不多的AT配置命令，實際上，對客戶開放的程度過深或者過淺，都不利于開發使用。
    筆者認為，目前在二次開發方面做得較好的是一家美國的嵌入式軟件公司——Synapse Wireless，該公司專門為專業射頻廠商提供無線路由固件，采取“虛擬機+腳本”的形式，大部分的路由和底層操作都由底層驅動來完成，而面向客戶的是類似VB開發環境的IDE編程環境，用戶程序以腳本的形式下載到虛擬機中，被虛擬機按照事件驅動的形式執行，用戶體驗非常好。
    Synapse Wireless公司的固件稱為SNAP，有專門針對CEL公司的射頻芯片ZICM2410的版本，也有針對TI、飛思卡爾以及Ateml公司的射頻芯片版本。
    周立功公司代理的CEL公司模塊ZICM2410以及自主研發模塊ZM2410，都可以運行SNAP固件，并且對每個用戶，都有六個節點的免費授權。
2.4 排針封裝還是貼片封裝
    國外品牌的ZigBee模塊，大都使用貼片形式的ZigBee模塊封裝，這雖然是一個大趨勢，但是在焊接工藝還不太成熟的廠商，以及應用初期階段(可能需要更改模塊)，這樣的封裝是比較麻煩的，焊接與拆卸不但麻煩，還容易出現問題，因此，針對中國現階段的市場，排針形式的ZigBee模塊，相對會更受工程師的喜愛。
2.5 天線接頭的選擇
    2.4 GHz無線模塊外置天線一般有兩種形式的接頭，如圖 2所示,一種為U.FL接頭，體積很小，一種是SMA接頭。模塊上的U.FL接頭需要通過天線轉接線轉到SMA接頭上，才能與外置天線連接，這其中存在兩個問題：一是饋線的接頭扣得不緊容易造成連接不牢靠，這是系統中的一個薄弱環節，必須使用優質廠商(如日本村田公司)的射頻饋線，二是這樣的小接頭不能使用較粗的饋線，這在一定程度上產生了線路損耗。因此，對于安裝精密程度不太高的、應用環境較為惡劣的場合，建議直接使用SMA接頭的模塊，直接將模塊安置在產品PCB靠近外殼的邊上。

2.6 外置天線的選擇
    對于外置天線的選擇，需要考慮頻段、增益和駐波比三個參數。
    不同頻段的天線是不能混用的，除非特別指明是寬頻段天線，否則ZigBee必須使用2.4 GHz的天線。
    天線的作用僅僅是將球型輻射的功率變成水平或者扇形的，無源的天線并不會增加系統的輸出功率，而只是在其輻射區域相比于球型輻射增強了信號。選擇天線時，需要指定天線的增益，增益越大，長度越長，5dBi的增益長度在20 cm左右，3dBi增益的長度在12 cm左右。增益越大，輻射區域傳輸距離越遠，但是非輻射面的信號就越差。
　　駐波比反映了天線輻射能量的能力，參數上是一個大于1的值，越接近1越好，不等于1的原因是天線將一部分能量反射回系統中。一般天線廠商會將此值做到1.5以下，駐波比為1.5時，表示天線能將前級給它的能量輻射出96%，也有部分廠商只做到2以下，駐波比為2時，也能輻射出88.9%。
    對于ZigBee產品應用，本文只是冰山一角地提到了工程師常遇到的問題，在實際應用中，還有許多需要考慮的問題，比如無線路由節點的布局，低功耗處理等，只有各家芯片廠商不斷地交流分享應用心得，互動起來，才能有效地推動整個技術的產業化發展。