Zigbee无线通信技术

1、Zigbee无线通信技术Zigbee无线通信技术Zigbee在中国被译为紫蜂,是一种基于IEEE802.15.4协议的最近发展起来的一种短距离无线通信技术，功耗低，被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。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，工作可靠，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

2、基站价值一般都在百万元人民币以上，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，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转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围内，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。Zigbee起源2002年10月 ZigBee Alliance成立。2004年11月 ZigBee V1.0诞生，它是zigbee的第一个规范，但由于推出仓促,存在一些错误。2005年06月 zigbee V1.0正式发布。2006年11月

3、推出ZigBee 2006,比较完善。2007年底 ZigBee PRO推出。在蓝牙技术的使用过程中，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，蓝牙技术显得太复杂，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，这种无线数据传输必须是高可靠的，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，ZigBee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家庭网络的通信协议Home RF Lite。ZigBee 的技术特点ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4

4、GHz(全球流行)、868MHz（欧洲流行)和915 MHz（美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:1.低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。2.成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.52.5美元,并且ZigBee协

5、议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。3.低复杂性：zigbee协议的大小一般在4-32KB，而蓝牙和wi-fi一般都超过100KB。4.时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。5.网络容量大: 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。并且在一个网络中最多可以有65000个节点连接。6.网络建立：z

6、igbee能够自动建立其所想要的网络。7.可靠: 采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。8.安全: ZigBee提供了基于循环沉余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。Zigbee网络两种网络设备存在于zigbee网络中，第一种设备称为全功能节点（FFD），它可以完成所有zigbee标准所指派的任务，并且完整地运行在802.15.4 MAC层

7、上。另一种设备称为半功能节点（RFD），它只能完成有限的任务。在zigbee网络中，不同的节点有不同的分工，根据其工作特性，可以分为以下几类：1.协调者（Coordinator）：它是一个FFD节点，负责整个网络的管理工作。每个网络中有只有一个协调者。它具有以下几个功能：1.选择所用网络的信道；2.从协调者开始，启动网络；3.分派网络地址；4.允许其他设备加入或者退出其网络；5.保存邻接表和路由信息；6.传输应用数据包；2.路由节点（rooter）：它是一个FFD节点，一般被应用于树形或者Mesh拓扑结构中扩大网络覆盖量。它用于去找到从源点到终点的一条最佳路径来传输信息。路由节点除了不能建立网

8、络之外，和协调者相比较类似。3.终端设备（End divice）：它是一个RFD节点，被用于连接到路由节点或者协调者。终端节点完成以下2个任务：1.加入或者离开网络；2.传输应用数据包；4.Zigbee信任中心（ZigBee trust centre）：它提供安全管理、安全密钥分配和设备认证。5.网关（Zigbee Gateway）：连接zigbee网络和其他网络，例如局域网。Zigbee协议栈ZigBee协议栈基于标准的OSI七层模型，但只是在相关的范围来定义一些相应层来完成特定的任务。IEEE 8021542003标准定义了下面的两个层：物理层(PHY层)和媒介层(MAC 层)。ZigBe

9、e联盟在此基础上建立了网络层(NWK层)以及应用层(APL层)的框架(framework)。APL层又包括应用支持子层(Application Support Sublayer，APS)、ZigBee的设备对象(ZigBee Device 0bjects。ZD0)以及制造商定义的应用对象。Zigbee应用前景ZigBee并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。ZigBee联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50 个ZigBee 器件，最后将达到每个家庭150 个。据估计，到2007 年，ZigBee市场价值将达到数亿美元。其应用领域主要包括：1.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；2.工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；3.商业：智慧型标签等；4.公共场所：烟雾探测器等；5.农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；6.医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。参考文献：1./doc/c79a87e86294dd88d0d26b49.html/view/3085090.htm2.