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在低速率的无线传输标准中，ZigBee最近几年得到了快速推广。它是IEEE定义的802.15.4标准，目的就是低功耗和短距离下的数据传送。ZigBee的英文单词由Zig （嗡嗡）+Bee （蜜蜂）组成，蜜蜂通过八字舞的翅膀抖动来向同伴传递信息，告知同伴花粉的位置、距离和方向等信息，这种方式建立了蜜蜂群的信息传送网络，是一种自组织的通信，即并不需要像Wi-Fi那样通过无线接入点来转发信息。它的低功耗、短距离以及低速率的特点适用于智能家居的无线通信。
ZigBee的协议分别包含物理层（PHY）、媒介访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）和应用层（APL）。其中物理层和媒介访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
ZigBee有以下基本特性。
1）速率低：ZigBee的工作速率可以分别支持250 kbit/s （2.4GHz）、40 kbit/s （915MHz）和20 kbit/s （868MHz），远远低于Wi-Fi的连接速率，所以ZigBeet适用于低速率传输数据的应用场景。
2）距离近：两个ZigBee之间的传输距离一般是10～100 m。可以通过增加发射功率来增加传输距离，也可以通过设备之间的接续来提升传输距离。
3）时延短：从睡眠状态恢复工作，ZigBee一般需要15 ms，设备接入网络则需要30 ms，这比蓝牙和Wi-Fi的数秒级的接入速度要快得多。
4）功耗低：在没有实时数据传输的情况下设备处于睡眠模式，这样能有效降低设备功耗，电池供电的ZigBee节点的工作时间可以长达6个月到2年。在唤醒模式下，ZigBee技术可以根据能量检测和链路质量指示的结果，自动调整发射功率，在保证数据能正常传输的情况下尽可能地降低功耗。通常Wi-Fi设备只能连续工作几个小时，而蓝牙能工作数周，所以ZigBee更适合使用电池的长期工作的传感器节点。
5）成本低：因为功耗低和速率低，所以芯片的硬件设计也得到了简化，器件和设备的成本都得到了降低。
6）容量高：ZigBee有灵活的网络结构，包含星形（Star）网、网状（Mesh）网和簇形（Clustertree）网。一个主节点可以管理最多254个子节点。主节点可以继续由上一层的主节点来管理，这样最多可以形成65536个节点的网络。
7）安全性高：ZieBee的安全模式包括了无安全设定、使用访问控制清单以及采用高级加密标准（AES 128）的对称密码。使用访问控制清单是为了控制设备信息被访问的权限，避免数据被非法获取。
商业化技术的推广和应用要有企业或联盟推动。ZigBee的出现要追溯到2001年8月ZigBee联盟（ZigBee Alliance）的成立。2002年下半年，Invensys、三菱电气、摩托罗拉和飞利浦四家公司宣布加入ZigBee联盟，研发ZigBee下一代短距离的无线通信标准。截至现在，ZigBee联盟已经有数百家芯片厂家、设备厂商、电信和工业领域的企业会员。
2004年12月14日，ZigBee的第一个技术规范V1.0诞生。就像其他技术在发展的初始阶段一样，内部有一些错误，V1.0并不是完善的版本，但它标志着一种新的无线通信技术出现在公众眼前。2006年，修正错误并得到部分完善的ZigBee 2006被推出。
2006年9月，基于ZigBee技术的IEEE 802.15.4-2006标准正式发布。802.15.4标准定义了物理层（PHY层）和数据链路层的MAC层，ZigBee协议仍然关注其他层的规范和定义。802.15.4的物理层由无线射频收发器以及底层的控制模块构成，而MAC层提供了数据链路层的点到点的帧转发，以及冲突竞争管理、异步唤醒等功能。IEEE 802.15.4和ZigBee协议的目的是为了在低功耗情况下保证数据传输的质量。协议已经采取了各种措施来降低能耗，例如超帧结构、防碰撞机制以及避免冲突的载波检测多路接入技术等，但技术人员仍然在寻求和研究更加有效的功耗控制。
2007年底，ZigBee PRO发布。2009年3月，具有较好的灵活性和远程控制能力的ZigBee RF4CE发布。2009年，为了能实现网络设备的端到端通信，ZigBee开始采用IETF的IPv6的6Lowpan标准作为智能电网（Smart Energy 2.0）的标准。
2015年底ZigBee 3.0被审批通过。ZigBee 3.0增加了ZigBee RF4CE和ZigBee Green Power技术，对低延迟性和低功耗进行了改进。ZigBee 3.0使家庭照明以及家庭自动化等设备具备了互操作性，使得智能家居有了更广泛的应用。ZigBee 3.0也加入了对IPv6的支持，使得ZigBee设备可以像Wi-Fi设备一样，通过网关或者路由器连接到外部网络中。
就像其他无线技术一样，频段的定义是所有技术讨论的基础。基于IEEE 802.15.4标准，根据不同国家和地区的工作频率的分配，ZigBee支持2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）、915MHz（美国）三个频段。
在各个频段采用直接序列扩频技术，一个信号被分为多个信号进行编码和传输。直接序列扩频在电路设计上较为简单，有较高的系统可靠性和容错性。
根据频率的分配，IEEE 802.15.4支持两个物理层，即基于2.4GHz物理层和基于868MHz/915MHz的物理层。两个物理层的数据帧格式相同，但是它们的工作频率、调频技术、传输速率和扩频码片长度不一样。欧洲是工作在868MHz的ISM频段，只有一个信道，数据传输速率是20 kbit/s。美国是工作在915MHz的ISM频段，支持10个信道，数据传输速率是40 kbit/s。它们采用的是二进制相移键控调制方式。在868MHz/915MHz频段上的无线信号传播损耗较小，信号可以有较远的通信距离和覆盖范围。在IEEE 802.15.4的2.4GHz全球统一的ISM频段上有16个信道，采用的是正交相移键控调制技术，数据传输速率可以达到250 kbit/s，标准的传输距离是10～75 m。至此，已经介绍了三个2.4GHz的通信标准，即Wi-Fi、蓝牙和ZigBee。可见2.4GHz的频段范围已经非常拥挤，新的无线传输技术需要在更高频段上建立通信标准。
IEEE 802.15.4物理层的功能主要是完成相关物理层协议数据单元的发送和接收任务，以及维护物理层相关的数据信息。它包含以下基本功能。
1）信道频率的选择。
2）信道数据的发送和接收。
3）无线发送和接收机的激活与去激活。
4）信道的能量检测。
5）物理信道上的链路质量指示。
6）CSMA/CA的空闲信道评估。
ZigBee支持三种组网方式，即星形网，网状网以及簇形网。
星形网络由一个支持ZigBee的主设备（或者称为协调者）以及多个普通的从设备组成。所有的从设备都只能和主设备进行通信，即这些设备需要先把数据发送给主设备，然后主设备会把数据转发给相应的目标设备。
网状网络由主设备连接在一起互相进行数据直接转发。网状网支持多跳的方式来拓展数据传输的距离和无线覆盖范围。另外网状网的路由协议具备网络自恢复的功能，即如果某个节点出现故障，设备能够自动建立新的网络路径来完成数据的转发，并且任意两个设备互相之间可以直接通信。
簇形网是星形网和网状网的结合。设备首先通过星型网来组成子网，然后子网的主设备互相进行连接。子网内的设备首先把数据转发给相同网络内的主设备，然后主设备把数据逐层转发给上层的子网，直至数据到达最后的中心设备。
ZigBee的MAC层的主要功能是负责设备与设备之间的无线数据链路的建立、维护和断开，实现链路层数据的发送和接收、信道接入控制、时隙管理和广播信息管理等。ZigBee媒介访问控制层的主要功能如下。
1）支持信道接入的CSMA/CA机制。MAC层的访问方式有两种，无标识网络和标识使能网络。无标识网络是指设备只有在收到相应的数据包后才能产生响应。标识使能网络是指MAC层能周期性地从睡眠状态中醒来检测信息。标识使能网络采用超帧结构，这是为了提高数据发送的效率和支持较快的响应时间。
2）对于星形网络中提到的主设备，需要支持网络的信标数据包（Beacon），Wi-Fi技术标准中专门提到了这样的信标数据包。主设备定期广播信标来实现设备的同步；或者其他设备向主设备发送信标请求，然后主设备响应信标消息。
3）通过信标进行设备同步。
4）执行相应的设备安全规范的要求。
5）提供MAC层的数据发送和接收。
6）处理和维护保证时隙（Guaranteed Times Slot，GTS）机制。这种方式允许每个设备有一个特定的时间间隔，确保每个超帧能有效地被转发出去。
7）支持相关网络的关联和去关联。
MAC层有四种类型的帧，分别是命令帧、信标帧、确认帧和数据帧。MAC层的安全帧格式如图2-13所示。
图2-13 MAC层的安全帧格式
Auxiliary Header携带了安全相关的信息。MIC做数据完整性的检查，可以选择0、32、64或者128位。对于点到点MAC层的数据转发，这个帧格式只保证设备与设备两者之间直接通信的安全性。如果要保证端到端的安全性，则需要应用层来处理。MAC层的认证和加密模式基于CCM，加密算法是AES，根据应用层提供的密钥支持不同程度的安全保障。
ZigBee的网络层支持两种路由协议来进行路由的发现和数据的转发，即基于分簇的Cluster-Tree协议和按需距离矢量路由（Ad-hoc On-demand Distance Vector Routing，AODV）协议。分簇的Cluster-Tree路由机制是静态路由，不需要专门维护路由表的更新，节点收到数据包后立即将它转发给下一个节点，没有路由发现过程，处理数据包的速度比较快，减少了路由协议的控制开销以及节点的能量消耗，也降低了节点对于存储空间的要求，这种方式适用于静止的设备或者设备移动较少的场合，但这种方式不灵活，不适用动态变化的网络环境，同时路由转发路径也可能不是最优的。
而AODV协议是通过路由请求和路由恢复机制等更新转发路径，它能适应动态的网络拓扑变化。但是在无线传感器网络中，设备并不需要经常发生变动，各个传感器设备不需要相互通信，而只要把检测到的数据转发给相应的汇聚设备。ADOV协议在这种场景下就显得效率较低。所以这两种路由协议是相互补充的标准，分别在不同的场景下完成各自的功能。
ZigBee的应用层包含了应用支撑子层（Application Support Sub-layer，APS）和ZigBee设备对象（ZigBee Device Object，ZDO）以及厂家定义的应用对象。APS提供了网络层和APL层之间，以及ZDO和厂家的应用对象之间的通用服务接口。服务通过两个实体实现，包括APS数据实体（APSDE）和APS管理实体（APSME）。ZigBee设备对象在应用框架和应用子层之间定义了基本的功能要求。
ZigBee标准定义了ZigBee协调点、路由节点和终端节点。ZigBee协调点是网络的控制方，负责发起建立新的网络及管理设备网络参数等功能，它同时也可以执行路由器的功能。ZigBee路由节点可以支持路由发现、数据包转发等功能。ZigBee终端节点通过ZigBee协调点或者ZigBee路由节点来接入网络，但别的节点不能通过ZigBee终端节点来连入网络。
从设备的功能来看，ZigBee网络支持两种类型，即全功能设备（Full Function Device, FFD）和精简功能设备（Reduced Function Device，RFD）。FFD可以提供全部的功能，可以作为任何ZigBee节点进行工作，它既包含了基本的数据发送和接收，也支持数据转发的路由功能，可以接收子节点的数据。
但RFD只能提供部分功能，只能作为网络中的终端节点负责把采集的数据信息发送给协调点和路由节点，它本身不能实现协调点和路由节点的功能，也不能接收子节点的数据，并且RFD节点之间的通信必须通过FFD才能完成。
因为RFD功能简单，所以它只需要较小的存储空间，在ZigBee网络中通过不同的节点的组合可以快速方便地建立低成本和低功耗的无线通信。
ZigBee标准在应用中支持自组网，如果ZigBee网络节点在彼此的通信范围内，就可以通过相互间的自动寻找，短时间内形成一个互联互通的ZigBee网络。如果节点或设备发生移动或变化，可以通过重新寻找相互间的通信对象，更新彼此间的连接关系，完成对原来网络的刷新。
从以上讨论可以看出，以下条件是ZigBee能发挥独有的无线传输作用的前提。（智能家居中的无线网络就具备了以下若干条件，所以ZigBee在智能家居中有它重要的作用。）
1）传输的数据量比较小，并且速率允许较低。
2）实时性要求比较高，并且要有较高的网络容错性。
3）设备的成本很低，并且体积较小，不需要放置较大的电池或电源模块。
4）只能使用一次性电池，并且不适合经常更换电池或反复充电。
5）网络中的设备仅用于监测或控制。
为了支持基于ZigBee技术的家庭网络，家庭设备需要内嵌ZigBee的芯片来完成无线网络的数据收发，这样各个设备之间就可以通过ZigBee协议来进行通信和数据发送。通常在家庭中会有一个支持ZigBee的家庭网关来首先建立无线网络，接着由支持ZigBee的路由器来负责信号的中继和转发功能，然后剩下的是支持ZigBee的终端设备来收集数据或实现业务功能。家庭网络方式可以是星形网或网状网，通过增加ZigBee的路由器可以扩展网络的覆盖范围。
ZigBee的响应速度比较快，从待机状态切换到工作状态一般需要15 ms，节点连接进入网络大约需要30 ms。蓝牙的启动时间通常需要3～10 s，而Wi-Fi的启动时间在3 s左右。
ZigBee与Wi-Fi以及蓝牙虽然都工作在2.4GHz频段，但ZigBee的设备对它们的干扰比较低，因为ZigBee的设备通常是工作在低功耗的休眠状态，不会持续传送数据，另外它的传送速率也比较低，所以不会对较高数据流量的Wi-Fi和蓝牙产生很大影响。如果Wi-Fi或者蓝牙对ZigBee的数据产生影响，使得ZigBee的接收方收不到数据包，则ZigBee在收不到接收方反馈的情况下，会重新发送数据，直到数据被正确传输完成。
目前ZigBee可以应用在消费类电子设备的遥控装置、室内智能照明控制、医疗监护、工业控制等领域。把ZigBee应用在遥控装置上，可以使得人们的每一个操作都会得到结果反馈信息，这是传统红外遥控所不能支持的功能。对于照明控制来说，它要传输的数据量主要是开关的控制和状态，所以适合ZigBee的低流量的应用。利用传感器和ZigBee网络，可以检测病人的体温、心跳和血压等状态，帮助医生及时从远端获取病人的情况。在工业领域，危险区域的检测、物流的跟踪、生产平台的控制等场景，它们不需要有较高的数据流量，不需要持续的数据传送，利用ZigBee支持低功耗长时间运行的特点，可以帮助工业领域进行实时数据的采集和处理，及时产生告警或者提供数据参考作为决策依据等。