ULP蓝牙与ZigBee摩拳擦掌，共掘金奥运经济

2008北京奥运会已经进入倒计时，全球企业都希望能够大显身手，分享奥运经济的盛宴。从场馆建设到运动健身，从医疗保健到时尚娱乐，从家庭控制网络到个人通讯，电子产品究竟能够从中挖掘到哪些商机？加入短距离、低功耗无线网络技术的各种新兴应用又能发挥怎样的魅力吸引终端用户的青睐？ 毫无疑问，无线网络技术正以能够带来简单便利的美好预期越来越多地渗透到人们的日常工作与生活中，而且应用领域非常广泛。例如可用于工厂作业监控、用手机来遥控家电或玩具、用数码手表来读取心跳速度继而控制运动频率等五花八门的奇特应用。 本文将解读当前最热门的两种低功耗无线技术——ZigBee和ULP蓝牙(超低功耗蓝牙，此前称作Wibree)，分析它们的优缺点以及未来应用前景和发展趋势，为您选用某种无线网络技术提供参考。 两种技术既有共性也有差异

Steve Caldwell：Zigbee和Wibree无意互通，这两种不同的标准会继续保持独立。

总体来说，“ZigBee和Wibree是覆盖针对个人区域网络(PANs)两种不同的无线标准，他们都运行在2.4GHz，并且实现的都是短程、低功耗及低带宽通信。”Microchip公司RF产品总监Stephen Caldwell称，“ZigBee是一种协议网络层建立在IEEE 802.15.4标准基础上的技术，而后者由一家独立公司开发，不过最近被纳入蓝牙家庭和IEEE 802.15.1标准。” 具体来说，首先，尽管两种技术都实现了超低功耗，但他们的实现方式却有所不同。在ZigBee的无线射频部分，IEEE 802.15.4支持2.4GHz和868/915MHz两个频段，其中针对2.4GHz频段采用Offset QPSK调变技术，并在868/915MHz的频段采用BIT/SK，此做法能让功耗降到最低，也能减少设计复杂度。 而ULP蓝牙则是天生的低功耗，它专为极低电池量的装置而设计，采用具有搜索次分级功能的搜索模式，并从连接开始就采用这种模式。这就是说，每个ULP蓝牙连接均自动处于次分级的搜索模式，因而能自动以极低功率运行。考虑到蓝牙设备大部分时候并不是连续地彼此通信，而只是闲置一旁，等待接受指令，因此，对于一个有99%的时间被闲置的设备来说，优化其闲置状态下的功耗非常必要。ULP蓝牙的功耗优化主要是通过采用比传统蓝牙更少的频率来实现的，占用时间随之减少，接通时的功耗也更低。 标准蓝牙采用32种频率进行连接，而ULP蓝牙仅采用3种频率。因此，标准蓝牙的负载率是1%，而ULP蓝牙的负载率仅为0.1%。ULP蓝牙设备还以通告的方式主动与周围的其他设备进行通信，然后迅速接收反馈，看是否有其他设备可以连接，如果没有，ULP蓝牙设备将自行长时间关闭，直至发出下一次通告。因而，仅需一枚钮扣大小的电池供电就可以运行10年之久。 其次，两种技术实现的结构不同。ULP蓝牙被设计用于设备与少数节点间建立连接的无线网络，但ZigBee可支持星状(Star)、网状(Mesh)和网状-树状(Mesh-tree)三种无线网络拓扑结构，提高了网络的扩展性，网络节点数量最多能支持65536个，远高于ULP蓝牙。 第三，网络复杂度不同，但传输的数据量都不大。可以说，两种技术的出身初衷颇不相同。ZigBee标准是专为大型网络而设计的，通常也是针对较为复杂的应用；ULP蓝牙的前身是Wibree，当初由诺基亚主导设计并开放出来，该低功耗无线技术就主要被设计用于小型设备之间的简单数据传输。 第四，目标市场有所不同。一般来说，ZigBee目标应用在于工业、安全和家庭自动化等传感网络应用，包括家庭联网控制、无线自动抄表、楼宇自动化以及个人健康维护等，还在医院监护、监狱监管以及煤矿工作等领域也可以发挥很大的作用。Caldwell认为："在建立奥运会的基础设施方面，ZigBee可能用处更大，它能够提供安全的住宅和竞技场通讯，可以监测运动员的状态并将结果传送给观众。"而ULP蓝牙的主要目标市场则是高度移动化应用的小型网络，例如训练鞋、电子手表和控制杆。

吴松如：ULP蓝牙为新型无线应用打开了一扇门，这些应用具有极大的市场潜力。

鉴于ULP蓝牙希望在围绕个人的网络中获得成功，因而可以用来帮助运动员提供训练数据(心跳，速度，加速度等)，以监测其进展并促进运动员提升成绩。“例如，运动员的鞋子可以跟他/她的手表对话，提供速度和距离的数据，这个数据最后还可以传送到计算机中进行分析。”蓝牙芯片供应商CSR公司中国区总经理吴松如博士表示。 综合来说，ULP蓝牙的优点在于技术简单易行，能够帮助客户将产品迅速上市，同时能够迅速高效地传输少量数据，成本费用要比标准蓝牙低，甚至将标准蓝牙和ULP蓝牙融合也不会增加成本。相对来说，它仍然有一些不适合大量无线传感器和控制操作领域的缺点，但却是ZigBee的专长，包括：10米或以内的规定距离、缺乏网状网络能力以及有限的节点数目。 两大支持阵营势均力敌 从发展历程来看，ZigBee V1.0标准从确立到现在，两年多的时间内，ZigBee联盟的队伍迅速壮大，已经有超过200个遍布全球的联盟成员，产业环境日渐成熟。目前市场上主要的ZigBee芯片提供商主要有TI/Chipcon、Ember、Jennic(捷力)、飞思卡尔、Microchip这几家，他们已陆陆续续推出了ZigBee的产品及解决方案。 自2006年2月收购Chipcon以来，TI就在ZigBee领域深耕不懈，今年初的一次展会上还展示了其先进的ZigBee应用模式，尤其在家庭联网自动化方面，将ZigBee系统级芯片集成到手机中，实现100米内无线开启家门等应用。最新的CC2430是其第三代产品，为单芯片方案，批量售价低于4美元，在单个芯片上集成了ZigBee RF前端、128KB闪存/8KB RAM以及8051MCU。 Microchip目前提供的是双芯片Zigbee解决方案，配对MRF24J40 IEEE 802.15.4无线收发器和Microchip的PIC(r)微控制器，为客户提供最大的灵活性，最好地满足系统性能、存储器和外设的需求。据悉，MRF24J40无线收发器系列已投入批量生产，该产品系列包括免费ZigBee软件堆栈、应用笔记和开放工具。 Caldwell表示：“我们还提供给客户以其他选择。对于规模较小的网络，使用免费MiWi协议的应用将占典型Zigbee应用所用存储空间的80%以下。因此，MiWi协议栈是对于想要运用IEEE 802.15.4，同时是小型的、对成本敏感的应用来说是一个好选择。” 另外，飞思卡尔也打出了“一站式”解决方案的口号，即提供从传感器、MCU到RF器件和软件的一整套面向各类Zigbee应用的平台方案。该MC1322x平台包括一个32位MCU和一个完全符合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——所有这些都集成到一个小巧的矩栅阵列(LGA)封装中，几乎可以彻底消除对外部射频组件的需求。该平台解决方案还支持可以将节点之间的数据速率提高到每秒2Mbps的TurboLink技术模式。 相比ZigBee标准的成熟，ULP蓝牙标准起步较晚。尽管Wibree于2001年开始在诺基亚研究中心开发，但直至今年6月13日才被纳入蓝牙技术联盟(SIG)，从而该技术作为超低耗电量蓝牙技术成为蓝牙开放标准的一部分。 虽然起步晚一点，可成长速度将可能比较快。通过利用消费者对蓝牙技术的高度认知性(全球达86%)、蓝牙技术联盟其下的众多成员，及其成功开发的技术及认证机制，这项超低耗功耗的解决方案将会更快速并以极低的成本被业界及消费者接受。今年3月，ABI Research公司短距无线服务部调研总监Stuart Carlaw预测截至2012年，应用ULP蓝牙技术将造就4.32亿美元及8.09亿出货量的商机。他表示：“我们深信ULP蓝牙是一项独特的科技，并能在医疗、运动健身设备等蓝牙技术涉足的市场领域大显身手，而这些市场极为巨大且相对而言未经开垦。” 目前，ULP蓝牙阵营的参与者不仅包括CSR、Broadcom、爱普生、Nordic、意法半导体、TI等领先半导体供应商，更重要的是包括诺基亚这样大型的终端设备制造商的支持。这些公司都已致力于ULP蓝牙的兼容性规格极功能，在其各自的领域进行案例定义，而且一些设备、钟表和接入系统制造商也将加入该规格的最终确定。技术规格一旦被最终确定，ULP蓝牙技术将经过SIG被业界广泛使用。据悉，标准蓝牙与ULP蓝牙的整合工作现已开始，第一版技术规格预计将于2008年上半年发布。 不仅如此，参与者CSR还积极宣布将与众多领先厂商一起测试业内首款ULP蓝牙芯片，该款融合了标准蓝牙和ULP蓝牙的单芯片将于2008年推出市场。吴松如表示：“依据我们以前在CMOS的蓝牙单芯片、WiFi、蓝牙多媒体SoC等成功经验，以及与SIG深厚的合作关系，相信这款兼容两种标准的芯片能够很快面市，而且与标准蓝牙芯片价差几乎为零。下一步，我们还将开发ULP蓝牙的单芯片。”另外，Nordic也表示将于2008年下半年推出ULP蓝牙的单芯片产品。 未来是并存还是融合？ 对于两种技术的未来发展前景，业内人士有两种截然不同的观点，一派认为两者属于互补关系，未来将保持并存状态；另一派则认为两者之间差异不大，未来将面临许多市场的直接竞争，不排除出现融合的可能，甚至由新的标准和技术来取代。

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大多数供应商都认为两种技术本身的差异性决定了他们的定位市场有些不同。Nordic大中华及南亚区域销售经理陈志谦认为：“ULP蓝牙是一种相对简单的技术，同时它是用非常标准和成熟的平台推广出去，应用起来一定比较快，ULP蓝牙将会因为蓝牙的成熟而带来一定的利益。但ULP蓝牙和ZigBee始终针对的市场和客户群不同，前者主要面向个人用户，例如应用于PDA、手机或者笔记本电脑，而后者则在于家庭网络和工业领域。因此，我认为未来几年两者将并存。” 他相信，目前采用Nordic非标准无线网络解决方案的客户例如PC周边的无线鼠标、键盘、USB产品以及玩具等应用，将在ULP蓝牙芯片推出后迅速切换到新的开放式标准中。“我们未来的目标市场是运动器材市场和PC周边。”陈志谦继续表示，“奥运会不仅带出运动的商机，高档玩具和电动游戏产品也有很大市场潜力。” Microchip的Caldwell也持同样认为：“无线市场正开始迅速扩张，市场应该支持这两个标准，每个技术都可望有自己的一席之地。ZigBee和Wibree无意互通，它们是两种不同的标准，并会继续保持独立。” 拥有ZigBee、低功耗RF以及移动连接等领域领先技术的TI也并不认为ULP蓝牙将于ZigBee展开竞争。“从用途上来说，蓝牙ULP即使能够在手机中配备，但也不可能应用于ZigBee瞄准的大厦管理、家庭自动化。TI目前着手开发ULP蓝牙和ZigBee两种技术，就是认为两种技术在用途上能够起到互补作用。(在双方用途部分重合的)手机等领域说不定会采用ULP蓝牙和ZigBee双芯片。”因此最近正努力开发两种类型的ULP蓝牙解决方案：一是面向手表、传感器以及其他微小型器件的单模技术；二是面向同时与单模和手持终端等传统蓝牙设备通信的双模技术。 不同于上述观点，吴松如认为，尽管ZigBee和ULP蓝牙在诸多技术细节上有所不同，"但两种技术实际上要推广的终端客户差异不大，之前ZigBee的目标市场也是运动鞋、手表和传感器等，所以两者其实很接近。" 他解释说：“在电子产业历史中，同一个市场很难并存两个相似的标准。所以从长远来看，最终可能只剩下一个。用ULP蓝牙取代ZigBee不是没有可能，有待于SIG如何把ULP蓝牙提升到越来越接近于ZigBee所能达到的功能，同时还有赖于ULP蓝牙产品是否能如期做出来并且满足设想的性能。” ULP蓝牙的优势除了基于蓝牙这个非常标准和成熟平台，能够快速推广并获得终端制造商和用户的采纳之外，还有两大重要优势。一是其低成本，ULP蓝牙设备可采用现有的标准CMOS加工技术制造。由于通信时间要求不如标准蓝牙那样紧迫，因此可以采用较低成本的晶体制造，这使得ULP蓝牙在外部材料的成本费用方面就要比标准蓝牙低。“标准蓝牙与ULP蓝牙融合不会增加成本将对移动电话制造商具有不可抗拒的吸引力，而这将会促进那些蓄势待发的各种应用迅速出现。”吴松如说。 二是兼容性很强。“SIG能够把Wibree纳入蓝牙体系将极大地保证兼容性，一个兼容性不佳的产品即便再便宜也没有价值。”他说，“过去我们在笔记本、鼠标、USB、耳机、手机等终端市场都全面拓展，并拥有众多大型客户，为解决不同品牌和不同设备间兼容性问题奠定了很好的基础，对于ULP蓝牙也是一个优势。”