【文章內容簡介】 供 250 kbps()、40kbps (915 MHz)和 20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率 ， 滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。 ④ 近距離。傳輸范圍一般介于 10～ 100 m 之間 ， 在增加 RF 發(fā)射功率后 ， 亦可增加到 1～ 3 km。這指 的是相鄰節(jié)點間的距離 ， 如果通過路由和節(jié)點間通信的接力 ， 傳輸距離將可以更遠。 ⑤短時延。 ZigBee 的響應速度較快 ， 一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需 15 ms ， 節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需 30 ms ， 進一步節(jié)省了電能。相比較 ， 藍牙需要 3～ 10 s、 WiFi 需要3 s。 ⑥ 高容量。 ZigBee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構 ， 由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點 ， 最多一個主節(jié)點可管理 254 個子節(jié)點 ， 同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理 ，最多可組成 65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。 ⑦ 高安全。 ZigBee 提供了三級安全模式 ， 包括無安全設 定、使用接入控制清單 (ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準 (AES 128) 的對稱密碼 ， 以靈活確定其安全屬性。 ⑧ 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療 ( ISM) 頻段 ， 2. 4 GHz (全球 ) 、915 MHz(美國 ) 和 868 MHz(歐洲 ) 。 ZigBee 的應用前景 ZigBee 并不是用來與藍牙或者其他已經(jīng)存在的標準競爭，它的目標定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足其需求的特定的市場，它有著廣闊的應用前景。 ZigBee 聯(lián)盟預言在未來的四到五年，每個家庭將擁有 50 個 ZigBee 器件 ，最后將達到每個家庭 150 個。據(jù)估計，畢業(yè)論文 6 到 2022 年， ZigBee 市場價值將達到數(shù)億美元。 （二） Zigbee 通信協(xié)議 由英國 Invensy 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等公司在 2022 年共同宣布組成 ZigBee 技術聯(lián)盟；共同研究開發(fā) ZigBee 技術。在 2022 年11 月， IEEE 正式發(fā)布了該項技術物理層和 MAC 層所采用的標準協(xié)議，即 IEEE 標準，作為 ZigBee 技術的物理層和媒體層的標準協(xié)議； 2022 年 12 月， ZigBee 聯(lián)盟正式發(fā) 布了該項技術標準。標準的正式發(fā)布，加速 ZigBee 技術的研發(fā)工作，許多公司和生產(chǎn)商已經(jīng)陸續(xù)地推出了自己的產(chǎn)品和開發(fā)系統(tǒng)，如飛思卡爾的 MC13192，Chipcon 公司的 CC24 CC2430， Atmel 公司的 AT86RF210 等。 ZigBee 技術是一種具有統(tǒng)一技術標準的短距離無線通信技術，其 PHY 層和 MAC 層協(xié)議為 IEEE 標準協(xié)議，網(wǎng)絡層由 ZigBee 技術聯(lián)盟制定，應用層的開發(fā)應用根據(jù)用戶自己的應用需要，對其進行開發(fā)利用，因此該技術能夠為用戶提供機動、靈活的 組網(wǎng)方式。 根據(jù) IEEE 標準協(xié)議， ZigBee 的工作頻段分為 3 個頻段，這 3 個工作頻段相距較大，而且在各頻段上的信道數(shù)目不同，因而，在該項技術標準中，各頻段上的調制方式和傳輸速率不同。它們分別為 868MHZ、 915 MHz 和 三個頻段，其中 頻段上，分為 16 個信道，該頻段為全球通用的工業(yè)、科學、醫(yī)學頻段，該頻段為免付費、免申請的無線電頻段， 在該頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率為 250 kbps；另外兩個頻段相應的信道個數(shù)分別為 10 個信道和 1 個信道，傳輸速率分別為 40 kbps 和 20 kbps。 在組網(wǎng)性能上， ZigBee 設備可構造為星型網(wǎng)絡或者點對點網(wǎng)絡，在每一個 ZigBee組成的無線網(wǎng)絡內，連接地址碼分為 16 bit 短地址或者 64 bit 長地址，可容納的最大設備個數(shù)分別為 216 個和 264 個，具有較大的網(wǎng)絡容量。 在無線通信技術上，采用免沖突多載波信道接入（ CSMACA）方式，有效地避免了無線電載波之間的沖突，此外，為保證傳輸數(shù)據(jù) 的可靠性，建立了完整的應答通信協(xié)議。 ZigBee 設備為低功耗設備，其發(fā)射輸出為 0～ ，通信距離為 30～ 70m。具有能量檢測和鏈路質量指示能力，根據(jù)這些檢測結果、設備可自動調整設備的發(fā)射功率，在保證通信鏈路質量的條件下，最小地消耗設備能量。 為保證 ZigBee 設備之間通信數(shù)據(jù)的安全保密性， 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。 （三） ZigBee 技術的網(wǎng)絡拓撲結構 本設計基本原理如下： PC 機具有接受協(xié)調器數(shù)據(jù)和發(fā)送指令的功能。而協(xié)調器是整個 網(wǎng)絡的核心，用來啟動網(wǎng)絡，當整個網(wǎng)絡被啟動后，退化為普通路由器。終端節(jié)點（即傳感器）檢測到各個位置的溫度，應用路由器的接力作用，將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機， PC 機實現(xiàn)可視化、形象化人機界面，方便了用戶的操作和觀察。分布式體溫畢業(yè)論文 7 監(jiān)測系統(tǒng)總體結構如 圖 21 所示。 終 端 節(jié) 點 1? ?P C 機協(xié) 調 器路 由器 2路 由器 n路 由器 1? ?路 由器 3終 端 節(jié) 點 2終 端 節(jié) 點 3終 端 節(jié) 點 n 圖 21 分布式監(jiān)測系統(tǒng)總體結構圖 標準定義了物理層（ Physical Layer， PHY）： 采用 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum 直接序列 擴頻 )技術，可提供 27 個信道用于數(shù)據(jù)收發(fā)。 定義了 頻段和 868/915MHz 頻段兩種物理層標準。物理層的主要功能包括：激活和休眠射頻收發(fā)器，信道能量檢測，信道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質量指示，空閑信道評估，收發(fā)數(shù)據(jù)。 媒體介入層（ Medium Access Control Sub－ Layer， MAC）： IEEE 802系列標準把數(shù)據(jù)鏈路層分成邏輯鏈路控制子層 LLC(Logical Link Control)和介質接入控制子層 MAC 兩個子層。 LLC 子層主要功能包括：傳輸可靠性保障和 控制，數(shù)據(jù)包的分段與重組，數(shù)據(jù)包的順序傳輸。 MAC 子層實現(xiàn)包括制備間無線鏈路的建立、維護和斷開，確認模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗與快速自動請求重發(fā)。 網(wǎng)絡層（ Network Layer， NWK）：建立新的網(wǎng)絡，處理節(jié)點的進入和離開網(wǎng)絡。根據(jù)網(wǎng)絡類型設置節(jié)點的協(xié)議堆棧，使網(wǎng)絡協(xié)調器對節(jié)點分配地址，保證節(jié)點之間的同步，提供網(wǎng)絡的路由，保證數(shù)據(jù)的完整性，使用可選的 AES128 對通信加密。 應用層：包括應用支持子層（ Application Support Sub－ Lays， APS），應用架構（ Application Framework， AF）、 ZigBee 設備對象（ ZigBee Device Objects， ZDO）以及用戶定義應用對象（ ManufacturerDefined Application Objects， MDAO） .。應用層提供高級協(xié)議棧管理功能，應用程序由各制造商自己來規(guī)定，它使用應用層來管協(xié)議棧。 （ 2）網(wǎng)絡拓撲結構 在 ZigBee 網(wǎng)絡中，根據(jù)設備所具有的通信能力可以分為全功能設備 (FFD)和精簡功能設備 (RFD)。 FFD 設備之間以及 FFD 設備與 RFD 設備之間可以直接通信， RFD畢業(yè)論文 8 之間 不能直接通信。 ZigBee 網(wǎng)絡由三部分組成：網(wǎng)絡協(xié)調器 (Coordinator)為 FFD 設備，是傳感器網(wǎng)絡中的主控制器，路由器 (Router)也為 FFD 設備，其功能是接收 /發(fā)送數(shù)據(jù)；在網(wǎng)絡中需要路由的時候完成路由。終端設備 (End Device)為 RFD 設備。 ZigBee 的網(wǎng)絡拓撲結構有 3 種 :星形網(wǎng)絡、樹形網(wǎng)絡、混合網(wǎng)絡，如 圖 22 所示。 A） 星形網(wǎng)絡是一個輻射狀系統(tǒng) ， 網(wǎng)絡拓撲結構如圖 22 中 a)圖示。數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡命令都通過中心節(jié)點傳輸。如果用通信模塊構造星形網(wǎng)絡 ， 只需要一個模塊被配置成中心節(jié)點 ， 其他 模塊可以配置成終端節(jié)點 [i]。 a. 星型結構 b. 樹型結構 協(xié)調器 ROU RFD 圖 22 ZigBee 網(wǎng)絡拓撲結構圖 B）樹形網(wǎng)絡拓撲結構如圖 22 中 b)圖所示。樹型拓撲最值得注意的地方就是它保持了星型拓撲的簡單性：較少的上層路由信息、較低的存儲器需求，這樣成本必然也較低。然而，樹型結構也不能很好的適應外部的動態(tài)環(huán)境。從圖中可以看出，在信息源與目的之間，有且僅有一條傳輸路徑 ，任何一個節(jié)點的中斷或故障將會使部分節(jié)點脫離網(wǎng)絡 [ii]。 C）混合網(wǎng)絡拓撲結構如圖 22 中 c)圖示。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都是一個小的路由器，都具有重新路由選擇的能力，以確保網(wǎng)絡最大限度的可靠性，可以看出網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點的通訊路徑不是唯一的 ， 其路由拓撲是動態(tài)的，不存在一個固定可知的路由模式。網(wǎng)型網(wǎng)絡結構還具有以下特征：自我形成，即當節(jié)點打開電源時，可以自動加入網(wǎng)絡；自愈功能，當節(jié)點離開網(wǎng)絡時，其余節(jié)點可以自動重新路由它們的消息或信號到網(wǎng)絡外部的節(jié)點，以確保存在一條更可靠的通信路徑。 畢業(yè)論文 9 三 基于 CC2530 單片機的火災報警器設計 （一）火災報警器設計框圖 CC2530 是 TI 公司開發(fā)的符合 ZigBee 標準的 GHz 射頻芯片，集成了所有 ZigBee技術的優(yōu)點，可快速應用到 ZigBee 產(chǎn)品。 CC2530 內部集成了