1 概述
    ZigBee技术发展了很多年，这项技术从实验室走向产业化的过程中，经历了很多变迁，国际间的技术推广、技术本身透过厂商产品的不同设计，以及最终用户根据应用需求对产品的特定需求，都在塑造着ZigBee技术的实用化形式，可以说ZigBee技术的发展，本身就是国际组织、各个科研机构、政府部门、嵌入式系统设计厂商以及无数的客户共同参与绘制的一幅图画。
    本文站在ZigBee技术应用的第一线，关注ZigBee无线通讯系统设计中，用户最为关心的一些因素。之所以关注这些因素，一方面用户可以将本文看做应用ZigBee无线技术参考指南，另一方面又可以从中窥探到，用户需求对于ZigBee这项技术发展，特别是产品形式，起到的一个塑造力。
2 应用中的问题
    笔者在ZigBee模块研发与应用中碰到不少的客户，咨询同样的问题，将这些问题汇总起来，不难看出，设计一个2.4 GHz无线通信系统，需要考虑以下几个方面。
2.1 模块能传多远，能否满足我的设计需要
    这是一个不容易回答的问题，在标准流程的无线系统设计过程中，现场勘查与信道评估是项目开始之前的准备工作，无线通信系统没有了信号线，空间成为了信道，我们知道不同材料的传播速度不一样，复杂的空间物体布局，便像一个材质混杂的导线，不了解现场情况，你没办法说从发射到接收之间信号衰减了多少，更无法评估无线信号传播距离。因此，信道评估应该在前期做好勘查，并让设计人员参与其中，做好勘查记录。
    得到现场的资料之后，要知道ZigBee模块是否能达到要求，我们还需要知道一些关于无线信号传输的一些基本知识，主要体现在以下三个方面。
    (1)无线信号衰减曲线
    如图 1所示，信号在自由空间按照指数形式衰减，离发射源最近的1 m内，通常会有40 dB的信号衰减，1 m～10 m又有20 dB的衰减，也就是说到达10 m，即使空间中没有任何障碍物，输出功率也会由源的0 dBm(1 mW)，下降到-60 dBm(1 μW)，详细数据如表1所示。

    (2)障碍物衰减
    除去自由空间，现场往往还有障碍物，不同材质的障碍物对于2.4 GHz无线信号的衰减有一些经验参数，如表2所示。

    (3)链路预算
    链路预算为发送功率和接收灵敏度的绝对值之和，它在某种程度上，体现了一个射频芯片的总体收发性能。
    以ZM2410模块为例，接收灵敏度-97 dB，发送功率6 dBm(5 mW），6+|-97|=103，ZICM2410芯片的链路预算为 8+|-98|=106 dB，从芯片到模块，损耗了3 dB。
    对于ZM2410模块103 dBm的链路预算，根据表 1和表2的数据可知，在1 m之外，只剩下63 dB的链路预算，从而能估算出还可以穿透3～6堵钢筋混凝土墙。
2.2 对等网还是主从式网络
    在ZigBee应用当中，组网是一个需要仔细考量的问题，用户需要考虑实际通信需求，一般来说，对等网也称MESH网络，即任何节点都可以向其他节点发送数据，每个节点都会帮助其他节点转发数据，应用简单，冗余性强，适合大多数应用。而对于实时性要求严格，且对于路由有特殊需求的客户，则应当使用主从式网络，区分出主机和从机来，由主机发起通信，从机只做应答，采用轮询的方式进行交互，这样的实时性是最好的。
    对于主从式网络与对等网络，可以参照现有的传媒模式来做个对比，主从式网络好比传统的传媒，由电视台和报社派出记者，到现场采访，民众回答记者的问题，记者回到报社撰稿发布信息。而MESH对等网，则类似时下流行的微博，每个人都是一个微记者，参与对实事的感知和信息采集发布，每个人也都作为一个转发者，路由传递信息。
    这两种组网方式，各有优缺点，在选择的时候，不妨横向用传媒的例子去对比，或许对于系统结构会有更深的理解。
2.3 二次开发还是拿来主义
    用户的应用千差万别，没有哪个模块能实现所有的需求，对于功耗需求严格，且功能较为简单的应用，可以考虑在内嵌MCU的单射频芯片当中，嵌入自己的应用，完成全部的功能，目前市面上的ZigBee模块一般作为一个通信Maxim模块使用，然而射频芯片有不少集成了8位甚至32位的MCU核，供芯片级应用客户（多为有实力的代理商）在内部开发无线路由协议栈，因此在硬件资源上，是具备用户二次开发的基础的。
    然而目前的现状是，要么全部开发工作都交给客户，厂商只提供一些底层函数，要么仅提供为数不多的AT配置命令，实际上，对客户开放的程度过深或者过浅，都不利于开发使用。
    笔者认为，目前在二次开发方面做得较好的是一家美国的嵌入式软件公司——Synapse Wireless，该公司专门为专业射频厂商提供无线路由固件，采取“虚拟机+脚本”的形式，大部分的路由和底层操作都由底层驱动来完成，而面向客户的是类似VB开发环境的IDE编程环境，用户程序以脚本的形式下载到虚拟机中，被虚拟机按照事件驱动的形式执行，用户体验非常好。
    Synapse Wireless公司的固件称为SNAP，有专门针对CEL公司的射频芯片ZICM2410的版本，也有针对TI、飞思卡尔以及Ateml公司的射频芯片版本。
    周立功公司代理的CEL公司模块ZICM2410以及自主研发模块ZM2410，都可以运行SNAP固件，并且对每个用户，都有六个节点的免费授权。
2.4 排针封装还是贴片封装
    国外品牌的ZigBee模块，大都使用贴片形式的ZigBee模块封装，这虽然是一个大趋势，但是在焊接工艺还不太成熟的厂商，以及应用初期阶段(可能需要更改模块)，这样的封装是比较麻烦的，焊接与拆卸不但麻烦，还容易出现问题，因此，针对中国现阶段的市场，排针形式的ZigBee模块，相对会更受工程师的喜爱。
2.5 天线接头的选择
    2.4 GHz无线模块外置天线一般有两种形式的接头，如图 2所示,一种为U.FL接头，体积很小，一种是SMA接头。模块上的U.FL接头需要通过天线转接线转到SMA接头上，才能与外置天线连接，这其中存在两个问题：一是馈线的接头扣得不紧容易造成连接不牢靠，这是系统中的一个薄弱环节，必须使用优质厂商(如日本村田公司)的射频馈线，二是这样的小接头不能使用较粗的馈线，这在一定程度上产生了线路损耗。因此，对于安装精密程度不太高的、应用环境较为恶劣的场合，建议直接使用SMA接头的模块，直接将模块安置在产品PCB靠近外壳的边上。

2.6 外置天线的选择
    对于外置天线的选择，需要考虑频段、增益和驻波比三个参数。
    不同频段的天线是不能混用的，除非特别指明是宽频段天线，否则ZigBee必须使用2.4 GHz的天线。
    天线的作用仅仅是将球型辐射的功率变成水平或者扇形的，无源的天线并不会增加系统的输出功率，而只是在其辐射区域相比于球型辐射增强了信号。选择天线时，需要指定天线的增益，增益越大，长度越长，5dBi的增益长度在20 cm左右，3dBi增益的长度在12 cm左右。增益越大，辐射区域传输距离越远，但是非辐射面的信号就越差。
　　驻波比反映了天线辐射能量的能力，参数上是一个大于1的值，越接近1越好，不等于1的原因是天线将一部分能量反射回系统中。一般天线厂商会将此值做到1.5以下，驻波比为1.5时，表示天线能将前级给它的能量辐射出96%，也有部分厂商只做到2以下，驻波比为2时，也能辐射出88.9%。
    对于ZigBee产品应用，本文只是冰山一角地提到了工程师常遇到的问题，在实际应用中，还有许多需要考虑的问题，比如无线路由节点的布局，低功耗处理等，只有各家芯片厂商不断地交流分享应用心得，互动起来，才能有效地推动整个技术的产业化发展。