ZigBee 技术简介

   Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

   Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。

       它以IEEE 802.15.4协议为基础，使182 2006.24计算机工程与应用用全球免费频段进行通讯，能够在三个不同的频段上通讯。全球通用的频段是2.400GHz-2.484GHz,欧洲采用的频段是868.0 MHz -868.6 6MHz美国采用的频段是902MHz -928MHz传输速率分别为250kbps 20kbps和40kbps通讯距离的理论值为10m-75m。

   ZigBee 不仅只是802.15.4的名字，IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。

   ZigBee技术作为一种无线传感网络的通信协议，按照7层OSI（Open System Interconnect Reference Model）开放系统互连参考模型来建立，每一层为上层提供一系列特殊的服务，数据实体提供数据传输服务，管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体通过服务接入点（Server Access Point，SAP）为上层提供一个接口，每个SAP都支持一定数量的服务原语来实现所需要的功能。

   ZigBee标准的协议框架结构如下图所示，其中IEEE802.15.4标准定义了底层即物理层（Physical　Layer，PHY）和但介质访问控制层（Medium　Access　Control　Sub－Layer，MAC）。ZigBee联盟在此基础上定义了网络层（Network　Layer，NWK）和应用层（Application　Layer，APL）架构。应用层包括应用支持子层（Application　Support　Sub－Lays，APS），应用架构（Application　Framework，AF）、ZigBee设备对象（ZigBee Device Objects，ZDO）以及用户定义应用对象（Manufacturer-Defined Application Objects,MDAO）.

图1 ZigBee协议栈模型

ZigBee的技术优势

①低功耗。在低耗电待机模式下,2 节5 号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,

蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

　　现在，TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的Zigbee提供电源。

②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ,降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。

③ 低速率。Zigbee工作在20～250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。

④近距离。传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到1～3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。

⑤短时延。Zigbee 的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms ,节点连接进入网络只需30 ms ,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。

⑥高容量。Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254 个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。

⑦高安全。Zigbee 提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码,以灵活确定其安全属性。

⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。

ZigBee的主要应用领域：

◆家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；

◆工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；

◆商业：智慧型标签等；

◆公共场所：烟雾探测器等；

◆农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；

◆医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。

◆水表、电表、气表三表集抄