【正文】 層次就不能復(fù)雜。在個域網(wǎng)絡(luò)中有幾種常見的短距離無線通信技術(shù)。 3）紅外技術(shù)（ IRDA），于 1993 年在 20 多個廠商發(fā)起下成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會，制定了統(tǒng)一的紅外標(biāo)準(zhǔn)，將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波范圍限制在 850nm~900nm。 5） ZigBee 技術(shù)，基于 協(xié)議的 Zigbee 技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，具有低成本、低功耗、低速率、近距離、自組織強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大等特點，非常適用于自動控制領(lǐng)域。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線通信方式把數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，通信效率高。 2020 年， Zigbee 聯(lián)盟又推出了ZigBee2020 協(xié)議規(guī)范。網(wǎng)絡(luò)層和 MAC 層都有 安全策略，且安全分級，各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。按照 ISO 的 OSI 模型， ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為四層，分別為物理層（ PHY:Physical Layer）、媒體訪問控制層 MAC:Medium Access Control SubLayer）、網(wǎng)絡(luò)層（ NWK:Network）以及應(yīng)用層（ APL:Application Layer），如圖 11 所示。 論文的研究內(nèi)容 本文簡要介紹了 ZigBee 技術(shù)的特點，深入分析了 ZigBee 技術(shù)協(xié)議，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建 一個 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)，并在硬件平臺上實現(xiàn)。物理層的結(jié)構(gòu)模型如圖 21 所示。對所選擇的信道中接收的信號功率進(jìn)行測量，所測量的結(jié)果是有效信號功率和噪聲信號功率之和。 物理層數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu) 在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)體系中，每一層在發(fā)送數(shù)據(jù)時都要加上自己的協(xié)議信息，以形成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元。其中， aMaxPHYPacketSize 為物理層常量，其值為 127，表示物理層能夠接收的最大 PSDU 數(shù)。 基于 Zigbee 技術(shù)的無線傳感器系統(tǒng)設(shè)計 8 3） 支持 PAN 鏈路的連接與斷開。 MAC 子層控制使用CSMA—CA(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance)來控制接入信道。前導(dǎo)碼 (preamble)域，接收設(shè)備使用前導(dǎo)碼域保持碼片和符號的同步， 規(guī)定前導(dǎo)碼域由 32 個二進(jìn)制 0 組成。其中， 頻段定義了16 個信道， 915MHz 頻段定義了 10 個信道， 868MHz 頻段定義了 1 個信道。其主要功能：信道頻率大小的選擇、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送、基于 CSMACA 的空閑信道評估（ CCA:Clear ChannelAssessment）、信道的能量檢測（ ED:Energy Detection）和激活和休眠射頻設(shè)備等 。然后在此硬件平臺上構(gòu)建軟件支撐平臺 以及對 ZigBee 通信協(xié)議棧的實現(xiàn)。在我國免費使用 頻率。 ZigBee 是一種低功耗、低成本、低速率、短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，凡是具有上述特點的場合都可以使用它。據(jù)估算， ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通的電池可使用 6 到 24 個月。 2020 年 10 月，英國 Invensys 公司、日本三菱電氣 公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟“ ZigBee 聯(lián)盟”，以研發(fā)名為“ ZigBee”的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。為了解決低價格、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊問題，從而制定了 ZigBee 無 線網(wǎng)絡(luò)。目前 4M 速率的紅外技術(shù)已廣泛使用， 16M 傳輸速率紅外技術(shù)已發(fā)布。自藍(lán)牙出現(xiàn)以來，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，例如工業(yè)控制，手機(jī)和 PC 機(jī)外圍設(shè)備等。 4）網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里，人們關(guān)心只是觀測到在某一個區(qū)域的指標(biāo)值，而不會去關(guān)心具體某個節(jié)點的位置。這種通信速率要求不高，一般在 1100k 即可。第二階段，隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng) 絡(luò)同時也具有了獲取多種信息和綜合處理信息的能力，通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了具有信息綜合處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)。目前用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有 Bluetooth、 ZigBee、 WiFi 以及 IrDA 等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入快速發(fā)展時期。s Degree Thesis ID:A07070389 Based on ZigBee Wireless Sensor System Design Technology Name: Yuan Shungang Tutor: Dong Shoutian Department:Engineering College Electrical Engineering Major: Agricultural Electrification and Automation Direction: Automatic Control Northeast Agricultural University Harbin目前在國外， ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到一定的應(yīng)用。無線通信在人們的生活中扮演越來越重要的角色。因此網(wǎng)絡(luò)具有以下特點： 1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量大，但通信距離，數(shù)據(jù)傳輸量有限。 3）網(wǎng)絡(luò)具有自組織性。例如 Bluetooth（藍(lán)牙）、 WiFi、 IRDA、 HomeRF 以及ZigBee 等技術(shù)。紅外技術(shù)為手機(jī)和電腦之間提供無 線通信，其它具備紅外接口的設(shè)備也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 對于家庭自動化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，工業(yè)自動化等應(yīng)用來說，藍(lán)牙雖然成本低、傳輸快，但是電池使用壽命短，而且傳輸范圍短。與其他無線網(wǎng)絡(luò)相比， ZigBee 技術(shù) 是最低功耗和成本的技術(shù)，它以其經(jīng)濟(jì)、可靠、高效等優(yōu)點在 WSN 中有著廣泛的應(yīng)用前景。到目前為止，除了三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等國際知名的大公司外，該聯(lián)盟大約已有 200 家成員企業(yè)，包括終端產(chǎn)品商、軟件供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商，并且還有企業(yè)不斷的加入進(jìn)來。 5） 網(wǎng)絡(luò)容量大，一個星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254 個從設(shè)備和一個主設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成靈活，在一個單獨的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以支持超過 65000 個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。其中 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)制定的物理層和媒體接入控制層作為ZigBee 的物理層 (PHY 層 )和媒體接入控制層（ MAC 層）， ZigBee 聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層框架。 論文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點和發(fā)展現(xiàn)狀，對幾種常見的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作了比較，并介紹了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。 圖 21 物理層結(jié)構(gòu)圖 物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點通過原語在對等的 MAC層實體之間傳輸 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ MPDU ），其中所使用的原語有請求、確認(rèn)和指示原語等。能量檢測的請 求原語為 。 ZigBee 物理層的數(shù)據(jù)單元（ PPDU）又可以稱之為物理層數(shù)據(jù)包，其格式如圖 22 所示。 PSDU 域也一個是可變長度域，通過物理層發(fā)送出去的數(shù)據(jù)。 4）。 MAC 層分析與實現(xiàn) MAC 層處于 NWK 層和 PHY 層之間，其功能為兩個 ZigBee 設(shè)備的 MAC 層提供可靠的路徑，使用物理層提供的服務(wù)實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸。為了方便快捷 ， PPDU 結(jié)構(gòu)最左邊的域首先傳送和接收。 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)總共定義 了 27 個編號從 0 到 26 的信道。物理層管理服務(wù)接入點允許 MAC 層與物理層之間傳輸管理命令，例如空閑信道評估，能量檢 測以及收發(fā)設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換等。采用 Freescale 公司提供的以 MC13213 為代表的第二代硬件平臺方案， MC13213 作為一個系統(tǒng)集成芯片，內(nèi)部集成 S08GT60 單片機(jī)和 MCl3192 射頻模塊，從而簡化了外圍電路的設(shè)計，進(jìn)一步降低了成本。 ZigBee 使用的頻率有 868MHz/915MHz和 ，均屬于 ISM 頻段。其中 頻率段為全球免費使用頻段，傳輸速率達(dá)到 250KB/s。 1） 低功耗，由于 ZigBee 的傳輸速率較低，傳 輸數(shù)據(jù)量較小，并且采用了休眠模式，因此 ZigBee 設(shè)備非常省電。 ZigBee 技術(shù)的發(fā)展史 為了滿足長期以來低價格、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊市場需求，制定一種新興的短距離無線技術(shù)，在 2020 年 IEEE（美國電子和電氣工程師協(xié)會）成立了 IEEE 工作組，開發(fā)一種低成本、低功耗