隨著計算機技術、控制技術和通信技術的發展，樓宇自動化" title="樓宇自動化">樓宇自動化工業在過去的十年中獲得了巨大的發展，遵循BACnet、LonTalk 和EIB（European Installation Bus，歐洲設備安裝總線協議）這些標準化通信協議的樓控產品在行業中占據著主導地位。使用這些通信協議的樓宇自動化網絡所采用的通信傳輸介質（比如雙絞線、同軸電纜和光纜）通常都是有線的，無線通信技術有沒有可能在樓宇自動化領域占有一席之地并得到廣泛應用呢?
和采用有線網絡的通信技術的樓控產品相比較，無線解決方案最吸引人的地方是安裝布置的靈活性、低廉的安裝費用和對樓宇自動化系統進行重新布置時可移動性。盡管無線通信技術和有線相比較有明顯的優勢，而且蜂窩無線移動通信技術、無線局域網技術和藍牙技術已經在市場上獲得了巨大的成功，但無線通信技術在樓宇自動化領域應用相對還是很少。這主要是因為目前沒有一項無線通信技術適合在樓宇自動化領域進行廣泛的推廣，而且現有的一些針對樓控領域無線通信產品的價格偏高，導致無線通信技術在樓控領域的應用停滯不前。
隨著近年來人類在微電子機械系統（MEMS）、無線通信、數字電子方面取得的巨大成就，使得發展低成本、低功耗、小體積、短通信距離的多功能傳感器成為可能。近期所涌現出來的一項新的無線通信技術—— ZigBee" title="ZigBee">ZigBee 技術將改變這種狀況。ZigBee 技術產品以其低成本、低功耗、低傳輸速率、優秀的組網能力，被廣泛認為將在未來的幾年中對樓宇自動化工業產生重大的影響。
1 無線通信技術在樓宇自動化系統應用的優越性
無線通信技術是利用電磁波在空氣中發送和接收數據，而無需線纜介質。在樓宇自動化系統中采用無線通信技術是對系統有線組網方式的一種補充、擴展甚至是替代。無線通信技術使得樓宇自動化設備具有可移動性，它能快速方便地解決使用有線方式所不易實現的網絡聯通問題。與有線傳輸方式相比較，在樓宇自動化系統中采用無線通信技術具有低廉的安裝費用、靈活性和可移動性等優點，以下是對其的詳細闡述：
（1 ）通常在智能建筑的網絡建設中，施工周期最長、對周邊環境影響往往是綜合布線系統，采用無線通信技術最大的優勢就是可以免去樓宇自動化系統中網絡布線的大部分工作量。
（2 ）在采用有線傳輸方式的樓宇自動化網絡中，網絡設備的安放位置通常受網絡信息點位置的限制。但是一旦無線網絡建成后，在無線網的信號覆蓋區域內任何一個位置都可以接入網絡。
（3 ）由于有線網絡缺少靈活性，這就要求樓宇自動化系統的網絡規劃者盡可能地考慮未來發展的需要，這往往需要預設大量利用率較低的信息點；而一旦網絡的發展超出了設計規劃，則需要對網絡的布局進行重新的考慮，而無線網絡可以避免或減少以上情況的發生。
（4 ）假如對樓宇自動化系統重新進行改造，對于有線網絡，消除原有的舊系統和對新系統進行新的布置將帶來龐大的工程費用，而無線網絡則相反將會帶來巨大收益。
2 無線通信技術目前在樓宇自動化系統應用所面臨的問題
盡管在樓宇自動化系統中采用無線通信技術具有有線無可比擬的優勢，但目前采用有線傳輸介質的樓控產品仍然占據著絕對的主導地位，人們在進行樓宇自動化系統設計時，很少會考慮到采用無線通信技術。這主要是因為目前針對樓宇自動化系統的無線產品尚面臨著成本、可靠性、適用性和協議的標準化等一系列問題。
另外樓宇自動化系統屬于控制網絡的一種，控制網絡肩負的特殊任務和工作環境，使它具有許多不同于普通計算機網絡的特點。控制網絡以具有通信能力的傳感器、執行器、控制器作為網絡節點，并將其連接成開放式、數字化、實現多節點通信，完成監測控制任務的網絡系統。以下是控制網絡所需要具備的主要特點：
◆ 數據傳輸量相對較小；
◆ 傳輸數率相對較低，多為短幀傳送；
◆ 通信傳輸的實時性強；
◆ 抗干擾能力強，可靠性高。
在選擇合適的應用于樓宇自動化系統的無線通信技術時，必須對以上的內容進行綜合考慮。目前無線通信技術在樓宇自動化領域的應用探討比較多的主要有無線局域網技術、藍牙技術和ZigBee技術。無線局域網技術（WLAN－WirelessLocal area network）是一種借助無線通信技術取代以往有線布線方式構成局域網的新手段，可提供傳統有線局域網的所有功能，它是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。藍牙技術是一種短距離無線連接的無線技術，目的是取代現有的PC、打印機、傳真機和移動電話等設備上的有線接口。無線局域網技術和藍牙技術都不能夠完全具備適合在樓宇自動化系統應用的特點。
ZigBee技術是建立在IEEE（Institute of Electricaland Electronics Engineers，美國電氣電子工程師學會）802.15.4 基礎上的無線通信協議，它是一個短距離、低功耗協議，特別適合設計應用在小型的建筑物自動化設備中，比如溫度自動調節裝置、燈光控制設備、環境傳感器等。ZigBee 技術能夠在低功耗下提供短距離、低速的數據傳輸，使用普通干電池的ZigBee 無線傳感器能夠持續運行2～3 年的時間。另外ZigBee 技術優秀的組網能力使得它和其他無線通信技術在樓宇自動化系統中的應用相比尤其具有無可比擬的優勢。
3 ZigBee 技術分析
ZigBee 技術是由一個企業之間的團體——ZigBee聯盟（ZigBee Alliance）負責制定和推廣。ZigBee 聯盟由霍尼韋爾（Honeywell）、英維思（Invensys）、三菱電氣（Mitsubishi Electric）、三星（Samsung）、摩托羅拉、飛利浦（Philips）和Ember七家國際著名公司作為發起方，截至到2004 年11月該聯盟所參加的企業成員已經超過100 家，均為在行業中有重大影響的企業。
ZigBee 技術建立在IEEE802.15.4 標準技術之上，IEEE802.15.4 是一個支持低功耗、低數據傳輸率的無線網絡標準，主要是設計用來進行遠程監測與控制的應用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 標準得到了正式批準。IEEE802.15.4 是一個簡單的但功能卻十分強大的數據包協議，它通過確認、錯誤檢測、區分優先次序的通信、D S S S（Direct Sequence Spread Spectrum－直接序列擴頻技術，它具有改變頻率消除干擾的能力）和用戶選擇安全等級等技術來提供無線通信的高可靠性。IEEE802.15.4 標準同樣只規定了開放式系統互聯參考模型中的物理層和介質訪問子層，其中物理層定義了三個許可的頻率波段，它們分別是2.4GHz（最高傳輸速率250kbps）、915MHz（最高傳輸速率40kbps）和868MHz（最高傳輸速率20kbps）。
ZigBee 技術在IEEE802.15.4 所定義的基礎上又增加了網絡層、安全層和應用輪廓層（Application Profiles）。ZigBee支持星型、網狀和樹簇狀的網絡拓撲結構。在每一個ZigBee 網絡中最多可以擁有65535 個節點，每個節點的地址由ZigBee的網絡協調節點（Network Coordinator）負責分配。另外每個節點的傳輸范圍在30～100m 之間，而且傳輸的距離還可以通過使用功率放大器和多跳網狀網絡結構得到延伸。
ZigBee 技術在樓宇自動化領域有廣闊的發展和應用前景，首先ZigBee 技術是一項低成本、低功耗的無線解決方案，采用ZigBee 技術的無線傳感器使用普通的干電池即可工作2 ～3 年的時間，而ZigBee 芯片的價格將在1～2 年時間內降低到2美元左右；其次ZigBee技術支持網狀網絡結構，這使得ZigBee 網絡具有自組織、自修復的能力，提高了網絡的可靠性；第三，ZigBee 網絡支持數量眾多的節點，這點對于大型的樓宇自動化系統中需要大量的傳感器和控制器的場合是非常重要的。
4 ZigBee 技術在樓宇自動化領域的應用前景
根據美國著名的市場研究機構ABI Research[1]預測：內建ZigBee 無線裝置的產品將從2005 年的100 萬臺發展到2006 年的8000 萬臺ZigBee 巨大的發展空間在于其技術上明顯的優勢以及市場定位的明確。目前國際上樓宇自控方面專家基本上形成了共識，無線通信技術在樓宇自動化的應用將不可阻擋[ 2 ]。無線網絡將不僅僅是對有線網絡有益的補充、擴充，而可能是替代作用。
在使用ZigBee 技術的樓宇自動化系統中，無線網絡的框架是網狀結構， 使用一定數量的ZigBee路由器節點即可覆蓋整個的建筑內部區域，而且節點數越多，系統將越可靠。另外由于網狀網絡結構具有自配置的功能，增加新的節點時或重新對節點進行布置時將十分方便。而無線網絡的邊緣是星型結構，大量內建ZigBee 無線裝置的傳感器或者執行器被接入網絡，這些傳感器使用普通的干電池就可以工作2 ～3 年時間。盡管ZigBee技術有無可比擬的優勢，但其在樓宇自動化的應用還面臨著和BACnet、LonTalk 以及EIB 這些主要采用有線網絡的國際化標準化通信協議相融合的問題，目前采用這些通信協議的樓控產品已經十分成熟，而且在樓控領域占據著主導地位。ZigBee 技術的融入比較簡單的做法是在ZigBee網絡和這些異種網絡之間建立相關網關作為它們之間的橋梁，那么ZigBee 將是這些有線網絡的有益補充，屆時整個樓宇自動化系統將出現無線網絡和有線網絡共存的局面，從而獲得較高的經濟效益。更為完善的做法是在ZigBee 技術的基礎上建立與BACnet、LonTalk通信協議相類似的適用于樓宇自動化領域的整套無線通信協議，這種情況下ZigBee 將能夠和這些通信協議相并駕齊驅，并有可能最終替代這些主要采用有線網絡的通信協議。
5 結論
隨著我國經濟的迅速發展，智能建筑的數量將會越來越多，選擇適合中國國情的樓宇自動化技術及產品是人們迫切需要關注的一個問題，但目前我國智能建筑中所使用的樓控系統及產品大多被國外的大公司所壟斷，ZigBee 技術的出現將給我國開發自主的具有世界先進水平的樓宇自動化系統及產品提供一個嶄新的契機。