Технология ZigBee: альтернатива Bluetooth?

Спецификация беспроводной связи ZigBee предполагает передачу данных с относительно небольшой скоростью, не превышающей 250 кбит/с. Однако маленькая пропускная способность с лихвой компенсируется сверхнизким энергопотреблением.

Осенью 2002 года компании Invensys, Mitsubishi Electric, Philips Semiconductors и Motorola образовали альянс по продвижению нового стандарта беспроводной связи, получившего название ZigBee (также известен как HomeRF lite, Firefly и RF-EasyLink).

Следует сразу оговориться, что под именем ZigBee фактически скрыт набор протоколов и расширений к международному стандарту IEEE 802.15.4, благодаря которым обеспечивается совместимость устройств различных производителей.

Окончательная версия спецификации ZigBee была представлена весной 2003 года, и до недавнего времени работать с ней могли только лишь участники ZigBee Alliance. Впрочем, в конце прошлого месяца описание стандарта ZigBee было выложено в открытый доступ, и теперь ознакомиться с ним после заполнения соответствующей заявки могут все желающие.

Основные характеристики ZigBee

Спецификация ZigBee предусматривает передачу информации в радиусе от 10 до 75 метров с максимальной скоростью 250 кбит/с. Для сравнения, широко распространенные в настоящее время беспроводные сети Bluetooth и Wi-Fi обеспечивают пропускную способность до 2,1 Мбит/с и 54 Мбит/с, соответственно.

За стандартом ZigBee закреплены 27 каналов в трех частотных диапазонах - 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов) и 868 МГц (1 канал). Максимальная скорость передачи данных для этих эфирных диапазонов составляет, соответственно, 250 кбит/с, 40 кбит/с и 20 кбит/с. Доступ к каналу осуществляется по контролю несущей (Carrier Sense, Multiple Access, CSMA), то есть устройство сначала проверяет, не занят ли эфир, и только после этого начинает передачу. Поддерживается шифрование по алгоритму AES с длиной ключа 128 бит.

Изначально стандарт ZigBee разрабатывался с целью максимально снизить энергопотребление устройств, задействованных в беспроводной сети. При этом большую часть времени аппаратура будет находиться в спящем режиме, лишь изредка прослушивая эфир.

В целом, все оборудование ZigBee можно условно разделить на три основные категории - координаторы, полнофункциональные устройства и устройства с ограниченными возможностями. Координаторы способны управлять работой всей сети, хранить информацию о ее параметрах и осуществлять настройку, а также использоваться в качестве моста в другие сети. Полнофункциональные устройства могут получать и передавать информацию и играть роль ретрансляторов. В свою очередь, устройства с ограниченными возможностями только лишь реагируют на команды координатора и не участвуют в маршрутизации.

Преимущества ZigBee

Эксперты уже давно указывают на два основных недостатка беспроводных сетей Wi-Fi и Bluetooth - небольшой радиус действия и относительно высокое энергопотребление.

Хотя само по себе ZigBee-оборудование также не может обеспечить передачу данных на расстояние свыше 70-80 метров, оно может использовать в качестве туннеля для трафика каналы устройств Wi-Fi или Bluetooth, естественно, если они находятся в зоне видимости. Что касается энергопотребления, то, теоретически, одной небольшой батарейки должно хватать для поддержания работоспособности ZigBee-оборудования в течение нескольких месяцев и даже лет.

Среди прочих достоинств стандарта следует упомянуть хорошую масштабируемость, возможность самовосстановления в случае сбоев и простоту настройки. При применении 64-битной адресации в единую сеть могут быть объединены свыше 60 тысяч ZigBee-устройств. Наконец, после начала массового производства стоимость контроллеров ZigBee, по идее, окажется существенно ниже стоимости контроллеров Wi-Fi и Bluetooth.

Сферы применения беспроводных сетей ZigBee

Низкая пропускная способность и маленький радиус действия не позволят применять сети ZigBee для трансляции больших объемов информации (скажем, потокового видео или аудио) или для связи между собой удаленных офисов. Впрочем, разработчики стандарта и не преследовали подобные цели - для этого существует технология широкополосной беспроводной передачи данных WiMAX.

Основной же сферой применения ZigBee-устройств в перспективе станут системы мониторинга, безопасности, контроля состояния медицинской аппаратуры и пр. Датчики с контроллерами ZigBee существенно упростят работу служб технической поддержки в крупных организациях. Ведь в этом случае при возникновении нештатной ситуации инженерам, чтобы выявить причину неисправности, будет достаточно быстро произвести опрос сенсоров, например, с помощью ноутбука или карманного компьютера. К тому же применение беспроводной связи и автономных источников питания повышает надежность охранных систем и комплексов мониторинга, поскольку злоумышленник не сможет вывести всю беспроводную сеть из строя путем отключения одного силового кабеля.

Предполагается также, что связь ZigBee станет неотъемлемой частью "цифрового дома". Причем контроллеры ZigBee получат не только датчики систем безопасности и сигнализации, но и бытовая техника, в том числе кондиционеры, видеомагнитофоны, телевизоры, и даже обыкновенные выключатели света. Это позволит контролировать работу всех приборов при помощи унифицированного пульта дистанционного управления или мобильного телефона. Кстати, компания Pantech & Curitel в конце прошлого года продемонстрировала первый в мире мобильник P1 с интегрированным контроллером ZigBee и функциями пульта ДУ (на фото).

Кроме того, ZigBee-котроллеры могут встраиваться в различные компьютерные устройства, не предъявляющие высокие требования к пропускной способности каналов связи. Это могут быть, например, джойстики, мыши и т.п.

В сфере медицины беспроводная связь ZigBee поможет отслеживать состояние перенесших операции пациентов или людей, находящихся в тяжелом состоянии. Вместо датчиков с проводами на руку пациента можно будет надеть электронный браслет с сенсорами давления, температуры, частоты сердечных сокращений и с нужной периодичностью сбрасывать снимаемые показания на центральный сервер, который в случае опасности выдаст сигнал тревоги с указанием номера палаты и койки.

Естественно, для ZigBee-устройств найдутся и многие другие области применения.

Прогнозы аналитиков

Согласно прогнозу, сделанному сотрудниками аналитической фирмы ABI Research прошлой осенью, бума продаж ZigBee-устройств следует ожидать уже в следующем году. В компании ABI Research, в частности, отмечают, что к концу 2006 года общемировой объем продаж оборудования с поддержкой беспроводной связи стандарта 802.15.4 достигнет 80 миллионов устройств.

Аналитики фирмы In-Stat делают не столь оптимистичные прогнозы. По их мнению, в период с 2005 по 2009 год среднегодовой темп роста продаж ZigBee-оборудования составит порядка 200 процентов, и к концу десятилетия объем соответствующего сегмента рынка достигнет отметки в 150 миллионов устройств с поддержкой ZigBee.

Цифры, представленные In-Stat, выглядят более реалистично. Прежде чем контроллеры и устройства ZigBee получат повсеместное распространение, по всей видимости, пройдет еще не один год. На первом этапе продажи ZigBee-оборудования будут сдерживать относительно высокие цены и ограниченный выбор.

Кстати, контроллеры ZigBee уже имеются в ассортименте некоторых производителей. Например, японская компания C-Guys на ежегодной компьютерной выставке CeBIT 2005 в Ганновере (Германия) представила первый в мире ZigBee-контроллер с интерфейсом SDIO. Устройство работает в частотном диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивает возможность передачи информации со скоростью до 200 кбит/с в радиусе десяти метров. При помощи карты C-Guys ZigBee SDIO и соответствующего программного обеспечения обычный карманный компьютер может быть превращен в универсальный пульт дистанционного управления бытовой техникой или устройство для сбора информации на предприятиях. Ориентировочная розничная цена контроллера - 100 долларов США.

Заключение

В перспективе беспроводные сети ZigBee должны составить серьезную конкуренцию технологии Bluetooth, а впоследствии, возможно, и вообще полностью вытеснить этот вид радиосвязи. Однако, по крайней мере, до конца десятилетия Bluetooth и ZigBee будут сосуществовать, дополняя друг друга.