Zigbee技术及其应用技术

1、Zig bee技术及其应用2013-09-21 21:37:38|分类：Zigbee技术|标签：ziqbee通信组网应川|字号订阅ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、 媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体 访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。乙gBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低 复朵度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)汇聚节点 (Router)、传感器节点(EndDe

2、vice)等三种角色。与此同时，中国物联网校企联盟认为:zigbee作为一种短距离无线通信技术,山于其网络 可以便捷的为用户提供无线数抓传输功能,因此在迦阳领域具有非常强的可应用性。起源ZigBee译为”紫蜂”,它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制 应用(Sensor and Control)o由IEEE 802.15工作组中提出,并由其TG4工作组制定规范。2001 年 8 月，ZigBee Alliance 成立。2004年，ZigBee V1.0诞生。它是Zigbee规范的第一个版本。由于推出仓促，存在一些 错误。2006年，推出ZigBee 2006,比较完善。

3、2007年底，ZigBee PRO推出。2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。2009年开始，Zigbee釆用了 IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网SmartEnergy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的 网络通信。随着美国及全球智能电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标准所取代。ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4,即其眇理屋和媒体访问控制层直接使用了 IEEE 802.15.4的定义。在曲技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在

4、许多缺陷。对工 业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术太复杂，功耗大，距离近，组网 规模太小等。而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场， 这种无线传输必须是高可鼎的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此，经过人们长期 努力，乙qBee协议在2003年正式问世。另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向麦 庭网络的通信协议Home RF Lite。长期以来，低价位、低速率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙的出现，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是蓝牙的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加

5、 7 IEEE802.15.4小组，负责制定乙gBee的物理层和媒体介质访问层。IEEE802.15.4规 范是一种经济、高效、低数据速率(v250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHZ的无线技 术，用于个人区域网和对等网络。它是ZiqBee应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一 种新兴的近距离、低复朵度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介 于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准, 在数千个微小的便醛之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的 方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点,

6、所以它们的通信效率非常高。 互联网标准化组织IETF也看到了无线传感器网络(或者物联网)的广泛应用前景，也加 入到相应的标准化制定中。以前许多标准化组织和研究者认为IP技术过于复杂，不适合低 功耗、资源受限的无线传感器网络，因此都是采用非IP技术。在实际应用中，如zigbee 需要接入互联网时需要复杂的应用层网关，也不能实现端到端的数据传输和控制。与此同 时，与zigbee类似的标准还有z-wave、ANT、Enocean等，相互之间不兼容，不利于产 业化的发展。IETF和许多研究者发现了存在的这些问题，尤其是Cisco的工程师基于开源 的ulP协议实现了轻量级的IPv6协议，证明了 IPv6

7、不仅可以运行在低功耗资源受限的设 备上，而且，比zigbee更加简单，彻底改变了大家的偏见，之后基于IPv6的无线传感器 网络技术得到了迅速发展。IETF已经完成了核心的标准规范，包括IPv6数据报文和帧头 压缩规范6Lowpan【2、面向低功耗、低速率、链路动态变化的无线网络路由协议RPL/ 以及面向无线传感器网络应用的应用层标准CoAPW,相关的标准规范已经发布问。IETF 组织成立了 IPSO联盟，推动该标准的应用，并发布了一些列白皮书回。IPv6/6Lowpan已 经成为许多其它标准的核心，包括智能电网Zigbee SEP2.0.工业控制标准ISA100.11a、 有源RFID ISO

8、1800-7.4 (DASH)等。IPv6/6Lowpan具有诸多优势：可以运行在多种介 质上，如低功耗无线、电力线载波、WiFi和以太网，有利于实现统一通信；IPv6可以实现 端到端的通信，无需网关，降低成本；6Lowpan中采用RPL路由协议，路山器可以休眠, 也可以采用电池供电，应用范圉广，而zigbee技术路ill器不能休眠，应用领域受到限制。 6Lowpan标准已经得到大量开源软件实现,最著名的是ContikiH. TinyOS系统，已经实 现完整的协议栈，全部开源，完全免费，已经在许多产品中得到应用。IPv6/6Lowpan协议 将随着无线传感器网络以及物联网的广泛应用，很可能成为

9、该领域的事实标准。特性 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624个月，其至 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。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。 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。 低速率。ZigBee工作在

10、20250kbps的速率，分别提供250 kbps(2.4GHz)、 40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据呑吐率，满足低速率传输数据的应用需 求。 近距离。传输范围一般介于10100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到13km。 这指的是相邻节点间的距离。如果通过路山和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。 短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入 网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要310s、WiFi需要3 s。 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

11、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。 高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List, ACL)防止非法获取数据以及釆用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵 活确定其安全属性。 免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美国),868MHz(欧洲),2. 4GHz(全 球)，。由于此三个鯉物理层并不相同，其各自信道带宽也不同，分别为0.6MH乙2MHz和 5MHZo分别有1个，10个和16个信道。这三个频带的扩频和调制方式亦有区别。扩

12、频都使用直接用列扩频（DSSS）,但从比特到码 片的变换差别较大。调制方式都用了调相技术，但868MHz和915MHz频段采用的是 BPSK,而2.4GHz频段釆用的是OQPSK。在发射功率为OdBm的情况下，蓝牙通常能有10M的作用范圉。而ZigBee在室内通常能 达到30-50M的作用距离，在室外空旷地带其至可以达到4OOM（TI CC2530不加功率放大）。 所以ZigBee可归为低速率的短距离无线通信技术。无线数据传输简单的说，ZigBee是一种高可鼎的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络垒垫。通讯距离从标准的75m到儿口 M、儿公里，并且 支持

13、无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网 络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以 从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数 据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可鼎，价格低的特点。而移动通 信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在白万元人民币以上，而每个 ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象， 例如其所连接的僅建直接进行数据釆集和监控，还可以自动中转

14、别的网络节点传过来的 数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范圉内，和多 个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。数据采集乙gBee数据釆集应该来说开创了 ZigBee技术的另外一种实用型技术，ZigBee厂商里面， 顺舟科技的数据采集，具体涉及到模拟量、开关量的采集，如下表所示：SZ06 -XXX -X产品系列传输距离输入输出-X接口数量电源电 压壳体类型SZ06 系 列-00 （高低电平采集）- 01（开闭状态输入采集）-02（高低电平控制输入）-03 （开闭状态控制输入）_04 （高低电平输出）-05 （4-20MA 输入）-06

15、（0-200MV 输入）1-16 个DC訂24V -L铝合金-07 （0-3. 3V 输入）-08 （0-5V 输入）-09（DS18B20温度传感器）-10（PT100温度传感器）-11（AM302温湿度传感器）-12 （可燃气体采集）-13 （灯光控制）-14 （浸水报警）-15 （粉尘检测）-16 （甲醛检测）、型号SZ06-200-（05-4-08-2）-L,表示顺舟科技SZ06系列无线数据采集设备、空说刀旷场地传输距离为200M、2个类型的输入接口、4路4-20MA输入和2路0-5V电压输入、铝合金外壳另外根据技术的不同，会有不同的应用。比如根据智能家居乂独立出终端设备，具体可到 顺

16、舟科技官网了解。组网通信方式乙gBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一 队伞兵空降_zigbee自组织网通信方式后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的 通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且， 由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象, 确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。乙gBee技术为什么要使用自组织网来通信？网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，山于各种原因，往往并不能保证每 一个无线通道都能够始终

17、畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得 某条道路的交通出现暂时中断，此时山于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据） 仍然可以通过其他道路到达U的地。而这一点对工业现场控制而言则非常重要。为什么自组织网要采用动态路山的方式？所谓动态路山是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网 络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条 路径进行数据传输。在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”,即先选择 路径最近的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路进行传输，以 此类推，直到数据送达LI的地为止

18、。在实际工业现场，预先确定的传输路径随时都可能发 生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送。动态路山结合 网状拓扑结构,就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输。Zig Bee 与 GNU RadioGNU Radio是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块，用它可以在易制作 的低成本的射频（RF）碾件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业 余爱好者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。GNU Radio的应用主要是 用Python编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C+在带浮点运算的微处理器 上构建的。因此，开发者能够简

19、单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。尽管其 主要功用不是仿真器，GNU Radio在没有射频RF硬件部件的境况下支持对预先存储和（信号发生器）生成的数据进行信号处理的算法的研究。性能1.数据速率比较低，在2.4GHz的频段只有250Kb/S,而且这只是軽上的速率，除掉信 道竞争应答和重传等消耗，真正能被应用所利用的速率可能不足100Kb/s,并且余下的速 率可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分，因此不适合做视频之类事情。 适合的应用领域一传感和控制2在可靠性方面，ZigBee有很多方面进行保证。物理层采用了扩频技术，能够在一定程度 上抵抗干扰，MAC应用层（APS部分）有应

20、答重传功能。MAC层的CSMA机制使节点发送 前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。当ZigBee网络受到外界干扰，无法正常工作 时，整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上。3. 时延曲于ZigBee采用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接入方式，因此不 能很好的支持一些实时的业务。4. 能耗特性能耗特性是ZigBee的一个技术优势。通常ZigBee节点所承载的应用数据速 率都比较低。在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正 常工作状态下的千分之一。由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常 工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果。5.

21、组网和路由性一网络层特性ZigBee大规模的组网能力一每个网络65000个节点，而每个蓝牙网络只有8个节点。 因为ZigBee底层釆用了直扩技术，如果釆用非信标模式，网络可以扩展得很大，因为不 需同步而且节点加入网络和重新加入网络的过程很快，一般可以做到1秒以内，甚至更快。 蓝牙通常需要3秒。在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的网状网的路山，所以可以布置 范围很广的网络，并支持多播和广播特性，能够给丰富的应用带来有力的支持。学习方法ZigBee作为一种个人网络的短程无线通信协议,已经日益为大家所熟知，它最大的特点就 是低功耗、可组网，特别是带有路山的可组网功能，理论上可以使ZigBee覆盖

22、的通讯面 积无限扩展。相对蓝牙,红外的点对点通信,和WLAN的星状通信，ZigBee的协议就要 复杂得多了。那么我们究竟是该选择ZigBee芯片去自己开发协议呢，还是直接选择已经 带有了 ZigBee协议的模块直接应用呢？玩转芯片的代价：开发时间周期长；人力和技术储备雄厚。市场上的ZigBee射频收发“芯片”实际上只是一个符合狡理展标准的芯片，它只负责调制解 调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。而单芯 片也只是把射频部分和单片机部分集成在了一起，不需要额外的一个单片机，它的好处是 节约成本，简化设计电路，但这种单芯片也并没有包含ZigBee W在里面。这两种

23、情况都需要用户根据尝也的结构和寄存器的设置并参照塑理展部分的 IEEE802.15.4协议和网络层部分的ZigBee协议自己去开发所有的软件部分。这个工程量 对于做实际应用的用户来讲是很大的，开发周期以及测试周期都是非常之长的，更山于是 无线通讯产品，它的产品质量也不是很容易得到保障的。即便许多ZigBee公司都提供自家芯片的ZigBee协议栈，但这只是提供一种协议的功能， 而并不代表它具有真正的可应用性和可操作性，因为它并没有提供一个对用户的数据接口 的详细描述，用户怎么才能不顾及芯片内部的程疗;而很简单轻松的就把自己的数据通过芯 片发送出去，棋至组成路山获取传送更远方产品的数据，这都不是只

24、包括了 ZigBee协议 栈的芯片就能简单实现的，ZigBee协议栈只是说它有了协议的所有组成部分，而究竟怎么 把每部分结合并有条不紊的运转起来，并怎么实现和用户自己数据的协议通讯？ 一个只包 含了 ZigBee协议栈的芯片是不可能实现得了的。直白点讲，这些需要用户根据完整的协议代码和自己上层的通讯协议，再去一点一点每个 部分的去修改协议栈中的内容，才能完成简单的数据无线收发，而要完成一条路山，甚至 整个网络的通信，那调试测试的时间则会需要更长的。那么对于做实际应用的用户来讲将 会大大耽误开发周期，并且这种具有复杂协议的无线产品会具有更多的不定因素，更易受 到外界环境条件的影响，在实际开发中遇

25、到的问题将会五花八门，难于应付。玩转模块的代价：省去ZigBee开发周期，能在推广工程上抢到先机。乙gBee模块是已经包含了所有外圉电路和完整JO栈的能够立即投入使用的产品，已经经 过了厂家的优化设计，和老化测试，有一定的质量保证。优秀可靠的zigBee应用“模块”具 有在硬件上设计紧凑，体积小，贴片式焊盘设计，可以内置Chip或外置SMA天线，通讯 距离从100M到1200M不等，还包含了 ADC, DAC,比较器,多个IO, I2C等接口和用 户的产品相对接。软件上包含了完整的ZiqBee协议栈,并有自己的PC 的配置工具，采 用审口和用户产品进行通讯，并可以对模块进行发射功率，信道等网络

26、拓扑参数的配置， 使用起来简单快捷。透传模块的好处在于用户不需要考虑模块中程序如何运行的，用户只需要将自己的数据通 过串口发送到模块里，然后模块会自动把数据用无线发送出去，并按照预先配置好的网络 结构，和网络中的U的地址卫点进行收发通讯了，接收模块会进行数据校验,如数据无误 即通过串口送出。不过大多数用户应用Zigbee技术，都会有自己的数据处理方式，以致每 个卫亘设备都会拥有自己的CPU以便对数据进行处理，所以仍可以把模块当成一种已经 集成射频、协议和程序的“芯片”。国内外各个ZigBee芯片厂商及模块厂商产品比对：各丿商及芯片型Jennie 号(JN5148)TIFreescal EMBE

27、R (Chipcon) (mci3192)(EM260)(CC2530)ATMEL(LINK-23X)ATMEL (Link- 212)可用频段数(个)16161616164无线速率(Kbit/s)250250250250202000201000发射功率(dBm)+2.5+4.5+3.6+3+3+10接收灵敬度(dBm)-97-97-92-97-101-110最大发射电流(mA)15353537.52130最大接收电流(mA)18244241.52014休眠电流(uA)0. 21110. 280.5工作电压范用(V)2. 03. 62. 0、3. 62. 03. 42.广3. 61. 83.

28、61. 83. 6硬件自动CSMA-CA有有无无有有硬件自动帧重发有无无无有有硬件自动帧确认有无无无有有硬件自动地址过有有无无有有工作频率(Hz)2. 42 485G 2. 42. 485G 2. 42 485G 2. 42 485G 2. 4、2. 485G 779、928M渡硬件FCS计算功 能有有硬件清除无线通 道确认有有硬件RSSI计算功 能有有硬件 AES/DES有有硬件开放度不开放部分开放ZigBee厂家DIGI顺舟科技厦门四信型号 嘗 模 SZ05 SZ06 F8913工作频率(GHz)2.42.42.42.4可用频段数16161616(个) 无线速 率250250250250(

29、Kbps) 发射功 率0252525(dBm) 接收灵 敏度-92-108-108-110(dBm) 发射电 流45707040(mA) 接收电 流50555528(mA) 休眠电 流10550.4(uA)工作电2834 55-242. 03. 6有有有有无无有有有有有有有有部分开放部分开放全开放全开放得瑞紫蜂上海数传深圳鼎泰北京云天 克创ZF1022/3 DT8836AA DRF1601ATZGB-780F12.42.42.4779936M1616164250100025025022不详410-102不详-96-11013035342926不详251915不详0.51. 83. 61. 83

30、. 65121. 83. 6压(V)工作温 度-40804085-40、85-4580-2070-40 80-4080-4080CC)无PA 室内通 信距离（m）30200200100300不详100100无PA室外通1002K2K5001.2K100400700信距离（m）（此对比表格都仅对于贴片式便于嵌入的模块并仅依据各厂商的产品手册提供的性能参数 进行对比，但是如上海数传等厂商，本人在官网上并没法找到详细的产品手册，也有部分 厂商是模棱两可的参数说明，如此表格有错误的地方，欢迎使用过的或者了解其模块的朋 友可以对表格进行修改完善。） 国内做zigbee模块的厂商并不多，本人也只是挑选了部

31、分个人熟知的厂商进行了一个小对 比，部分厂商的产品本人也并未入手进行过测试，所以室内室外的通信距离本人并不是很 清楚。有些厂商会加外部功放，有些并没有加，以至于通信距离上来说都是不同的，并且 无线通信产品特别是ZigBee,环境对其的通信距离影响很大，各厂商的实测环境也各不相 同（有些是置高，有些是功放较大），产品手册上的通信距离最好只是作为一个衡量标准, 仅供参考之用。假如对这方面有兴趣的朋友，或者正想使用ZigBee进行现场应用的朋友，询问相关模块 的时候最好将自己的需求进行一个较为清晰的定位，如距离、数据量、组网、应用场景等。 因为Zigbee为近距离、低功耗、小数据量的技术，所以具体应

32、用要求比较高，如在不考虑 功耗的情况下，对于距离要求较高的应用，可以使用号称点对点能够传10Km-20Km远的 XBEE模块：如温湿度等数据釆集，需要功耗较低，数据量不大，距离近的可以使用一些 公司的低功耗模块（距离远就牺牲了功耗），可以使用顺舟科技等公司的模块。值得一提 的是，由于ZigBee釆用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接入方式，部分 ZigBee模块一般会对数据进行校验，返回ACK等操作（一般射频芯片等硬件层会自带， 部分公司模块会在程序上也进行相应操作），网络节点数越多，整个网络所有节点采集的 数据到服务器的时间就越长，因此不能很好的支持一些实时性要求较高的业务。 乙gB

33、ee联盟是一个高速成长的非盈利业界组织，成员包括国际著名半导体主产商、技术提 供者、技术集成商以及最终使用者。联盟制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性价 比、低功耗的网络应用规格。乙gBee联盟的主要LI标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使 用的电子产品。ZigBee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球的民用、商用、公共 事业以及工业等市场。使得联盟会员可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计出 简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。ZigBee联盟所锁定的焦点为制定网络、安全和应用软件层；提供不同产品的协调性及互通 性测试规格：在世界各地

34、推广ZigBee品牌并争取市场的关注；管理技术的发展。ZigBee联盟对ZigBee标准的制定：IEEE802.15.4的物理层、MAC层及数据链路层,标 准已在2003年5月发布。ZigBee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进 展。V1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于ZigBee 不仅只是802.15.4的代名词，而且IEEE仅处理低级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。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基 本节点的4K字节或者作为Hub或路山器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达 255个

35、节点，而儿个协调器则可形成一个网络，对路山传输的数LI则没有限制。ZigBee联 盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距 离传输不会被其它节点获得。应用及前景随着国内经济的高速发展，城市的规模在不断扩大，尤其是各种交通工具的增长更迅速， 从而使城市交通需求与供给的矛盾日益突出，而单靠扩大道路交通基础设施来缓解矛盾的 做法已难以为继。在这种情况下，智能公交系统(AdvancedPublicTransportationSystems, APTS)也就应运而生，并且成为国内研究的热点。在智能公交系统所涉及的各种技术中， 无线通信技术尤为引人注目。而ZigBee

36、作为一种新兴的短距离、低速率的无线通信技术, 更是得到了越来越广泛的关注和应用。市场上也出现了大量与ZigBee相关的各种产品， 根据中国物联网校企联盟的统计分析表明:zigbee虽然广受推崇，但是在数据中，推出 zigbee相关产品的中小型企业在2012年的发展并不可观。其中，比较有竞争力的ZigBee解决方案主要有下面儿种：(1) Freescale： MC1319X 平台。(2) Chipcon： SoC 解决方案 CC2530。Ember： EM250ZigBee系统晶片及EM260网络处理器。(4)Jennie 的 JN5121 芯片。经过市场调研，发现Freescale的MC131

37、9X平台功耗低、价格低廉、硬件集成度高，方 便二次开发，射频通信系统的稳定性高。所以，在本文的设计中选用了 MaxStream公司 与ZigBee兼容的以FreescaleMC1319x芯片组为核心的XBeeProRF模块。下面主要介 绍XbeePro的特性、接口应用、操作模式以及在智能公交无线网络中的应用。IXBeePro模块的特性与接口XBee模块的基本性能参数如下：(1) 发送功率：100mWo(2) 接收灵敏度:-92dBm(3) 室内传输距离为100m,室外传输距离为1500m(4) RF数据传输速率为250kbps。3XBeePro模块在智能公交系统中的应用在站牌处通常会有多辆公交

38、车同时到达，一个站牌对应多辆公交车，适合使用星状网布线 网络。但为了保证网络的可靠性，当公交车站牌外的通道阻塞时，可以通过其它公交车路 山节点转发到站牌，本设计釆用网状(Mesh)网模型。可将分布在公交线路上的电子站牌配 置为协调器，而将到达的公交车配置为路由器。当站牌上ZigBee网络协调器选择一个信道和PANID并启动时，便建立了一个ZigBee个 人局网(PAN)o 一旦协调器已启动PAN,便可允许路由器和终端设备结点加入PAN。路山 器加入PAN时，将收到一个16位的网络地址，并且能够发送和接收来自PAN内其他设 备的数据。PAN协调器的网络地址总是0。山于站牌上ZigBee模块的网络

39、物理地址是唯 一的，可以通过物理地址向站牌发送信息。(5) 在3.3V电源下，发送电流为215mA,接收电流为55mA：(6) 在网络性能方面，具有DSS(直接序列扩频)功能，可以组成对等网、点对点及点对多点 网络，具有12个软件可选的直接序列信道，每个信道有65000个可用网络地址。XBeePro模块体积小，功耗低，接口简单，容易使用，非常适用于低数据速率的短距离通 信应用，尤其是无线传感网络的设计应用。XBeePro模块还提供有免费X-CTU测试软件 以便能够轻松测试和配置网络。该模块还可以通过下载该公司最新的固件(Firmware),使 用户在使用原有硬件模块的基础上，获得最新的功能，从

40、而为设计提供了极大的灵活性。 2XBeePro模块的操作模式XBeePro有空模式、接收模式、发送模式、睡眠模式和命令模式等5种操作模式，如图3 所示。每一种操作模式都有透明方式和应用程序接口（API）方式两种操作方式。当工作在透 明方式时，模块可起到替代串口线的作用，并以字节为单位来处理各种信息。当工作在 API方式下，所有进出模块的数据均被包含在定义模块的操作和事件的帧结构中同。应用实例zigbee 模块：ZigBee模块是一种物联网无线数据终端,利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。 该产品采用高性能的工业级ZigBee方案，提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口 设备，实现数据透明传输功能：低功耗设计，最低功耗小于1mA；提供6路I/O,可实现 数字量输入输出、脉冲输出；其中有3路I/O还可实现模拟量釆集、脉冲讣数等功能。该产品已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电