摘 要：Zigbee無線通信技術是基于IEEE802.15.4標準的采用直序擴頻技術的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、廉價、便攜等特點。從推出后至今經(jīng)過不斷地發(fā)展，廣泛應用于自動控制和遠程控制領域，學習與研究zigbee技術，對我們推動無線網(wǎng)絡的發(fā)展有著要的作用。

關鍵詞：Zigbee；無線通信；技術；應用

中圖分類號：TN925

ZigBee無線網(wǎng)絡協(xié)議是基于標準的七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型，但僅對那些涉及ZigBee的層予以定義。IEEE802.15.4標準定義了最下面的兩層：物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制子層（MAC）。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡層和應用層（APL）框架的設計。其中應用層的框架包括了應用支持子層（APS）、ZigBee設備對象（ZDO）和由制造商制訂的應用對象。如圖1：

圖1 ZigBee無線網(wǎng)絡協(xié)議模型

Zigbee無線通信技術是一個由最多可由65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，非常類似現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡。Zigbee組網(wǎng)方式靈活多樣，如下圖2。在網(wǎng)絡上，任何一個Zigbee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊形同移動網(wǎng)絡的一個基站，在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)，它們之間可以進行相互通信；每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的幾十米甚至可擴展到幾公里，還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程連接。如下圖，幾種常見的組網(wǎng)方式。

圖2 Zigbee組網(wǎng)方式

Zigbee無線通信技術主要是為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而產(chǎn)生，每個Zigbee網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以與監(jiān)控對對象，它還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。每一個Zigbee網(wǎng)絡節(jié)點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉(zhuǎn)任務的孤立的子節(jié)點（RFD）無線連接。每一個傳感器和受控設備終可以有8種不同的接口方式，還可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。

1 Zigbee無線通信技術的特點

1.1 數(shù)據(jù)傳輸可靠

ZigBee技術與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡標準無縫集成。ZigBee的介質(zhì)鏈路層（以MAC層）采用CSMA-CA碰撞避免機制，提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突，ZigBee針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

1.2 網(wǎng)絡容量大

ZigBee有三種網(wǎng)絡器件，協(xié)調(diào)器，路由器、端結(jié)點。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器是一種全功能器件。ZigBee可以構成星形、網(wǎng)狀、類樹狀等多種網(wǎng)絡結(jié)構，在每一個ZigBee組成的無線網(wǎng)絡中，連接地址碼分為16位短地址或者64位長地址。整個網(wǎng)絡最多可以支持超過65000個網(wǎng)絡節(jié)點，同時各個網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器可互相連接，形成了眾多的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)目。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸速率低

ZigBee技術傳輸速率低，只有10～250Kb/s，更適合傳輸一些采集到的溫度、濕度、壓力、流量等簡單數(shù)據(jù)。

1.4 功耗低

ZigBee設備為低功耗設備，其發(fā)射輸出為0～3.6dBm，具有能量檢測和鏈路質(zhì)量指示能力，根據(jù)這些檢測結(jié)果，設各可以自動調(diào)整設各的發(fā)射功率，在保證通信鏈路質(zhì)量的條件下，最小地消耗設各能量。當處于工作模式下，信號的收發(fā)時間很短，其次在非工作模式時，ZigBee節(jié)點處于休眠模式，耗電量僅僅只有1μW。設備搜索時延一般為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接人時延為15ms。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee設各非常省電。

1.5 自動動態(tài)組網(wǎng)、自主路由

ZigBee通過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器自動建立網(wǎng)絡，網(wǎng)絡是動態(tài)變化的，無論是節(jié)點的能量耗盡，或者節(jié)點出現(xiàn)故障問題，都能使節(jié)點退出網(wǎng)絡，而且網(wǎng)絡在需要的時候可以向已有的網(wǎng)絡中加人新的節(jié)點。

1.6 安全性高

ZigBee技術采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行加密處理。

具有數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。第一級實際是無安全方式，對于某種應用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種方式來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對于第二級安全級別，器件可以使用接人控制清單（ACL）來防止非法器仵獲取數(shù)據(jù)。

1.7 實現(xiàn)成本低

模塊成本非常低，現(xiàn)在的價格是幾十元人民幣，無線傳感器網(wǎng)絡中可以具有成千上萬的節(jié)點，網(wǎng)絡的規(guī)模不再受到成本的制約。

2 Zigbee無線通信技的應用

ZigBee有著廣闊的應用前景，其應用領域主要包括：

2.1 智能家居和樓宇

ZigBee在家庭中的應用很廣泛，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度自動調(diào)節(jié)、照明的自動控制、窗簾的自動控制、水表、電表、煤氣表計量控制、家用電器的遠程控制、現(xiàn)代化智能樓宇系統(tǒng)中的消防、安防等等。

2.2 井下安全

在井下作業(yè)中，ZigBee可用于井下人員的定位、搜救，各種有毒有害氣體的濃度的檢測、報警、礦進的通風等。

2.3 農(nóng)業(yè)控制技術

在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)控制技中，ZigBee可配合種傳感器，收集各種土壤信息和氣候信息，如溫度、濕度、土壤各種化學元素的測定等等。

2.4 醫(yī)療

ZigBee可與醫(yī)療專用的傳感器相結(jié)合，監(jiān)測病人的各種人命體征指標，如心跳、血壓、呼吸等，還可以為行動不便者的制作緊急呼叫器。

2.5 電力系統(tǒng)

基于ZigBee開發(fā)的電力設備，如輸電線電壓監(jiān)測，智能路燈控制系統(tǒng)，無線抄表系統(tǒng)等等。

2.6 其它

ZigBee應用比比皆是，智能交通路況、污水無線監(jiān)測、城市管網(wǎng)監(jiān)測、停車場智能管理、復雜環(huán)境下的各種監(jiān)測與檢測應用等等。

總之，隨著ZigBee無線網(wǎng)絡技術不斷地發(fā)展，正廣泛應用于自動控制和遠程控制的各個領域，它是無線網(wǎng)絡技術發(fā)展的重要給成部分，具有重要的作用。

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作者單位：赤峰學院計算機與信息工程學院，內(nèi)蒙古赤峰 024000