【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線(xiàn)連接。ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議為IEEE ，網(wǎng)絡(luò)層和安全層由ZigBee聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用根據(jù)用戶(hù)的應(yīng)用需要，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，因此該技術(shù)能夠?yàn)橛脩?hù)提供機(jī)動(dòng)、靈活的組網(wǎng)方式。根據(jù)IEEE ，ZigBee的工作頻段分為3個(gè)頻段，這3個(gè)工作頻段相距較大，而且在各頻段上的信道數(shù)據(jù)不同，因而，在該項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，各頻段上的調(diào)制方式和傳輸速率不同。它們分別為 868MHz，，該頻段為全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（indus trial，scientific and medical，ISM）頻段，該頻段為免付費(fèi)、免申請(qǐng)的無(wú)線(xiàn)電頻段，在該頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率為 250Kb／s；另外兩個(gè)頻段為915／868MHz，其相應(yīng)的信道個(gè)數(shù)分別為10個(gè)和1個(gè)，傳輸速率分別為40Kb／s和ZOKb／s，868MHz和 915MHz無(wú)線(xiàn)電使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）調(diào)制技術(shù)。（O－QPSK）。在組網(wǎng)性能上，ZigBee可以構(gòu)造為星形網(wǎng)絡(luò)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，在每一個(gè)ZigBee組成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，連接地址碼分為16b短地址或者64b長(zhǎng)地址，可容納的最大設(shè)各個(gè)數(shù)分別為216和264個(gè)，具有較大的網(wǎng)絡(luò)容量。在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)上，采用CSMA－CA方式，有效地避免了無(wú)線(xiàn)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(yīng)答通信協(xié)議。ZigBee設(shè)備為低功耗設(shè)各，其發(fā)射輸出為 0～，通信距離為30～70m，具有能量檢測(cè)和鏈路質(zhì)量指示能力，根據(jù)這些檢測(cè)結(jié)果，設(shè)各可以自動(dòng)調(diào)整設(shè)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(shè)各能量。為保證ZigBee設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)的安全保密性，ZigBee技術(shù)采用了密鑰長(zhǎng)度為128位的加密算法，對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理。 ZigBee特點(diǎn)ZigBee技術(shù)則致力于提供一種廉價(jià)的固定、便攜或者移動(dòng)設(shè)各使用的極低復(fù)雜度、成本和功耗的低速率無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。這種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)具有如下特點(diǎn)：　　（1）數(shù)據(jù)傳輸速率低只有10～250Kb／s，專(zhuān)注于低傳輸速率應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)不傳輸語(yǔ)音、視頻之類(lèi)的大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)據(jù)，僅僅傳輸一些采集到的溫度、濕度之類(lèi)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)。（2）功耗低工作模式情況下，ZigBee技術(shù)傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短，其次在非工作模式時(shí)，ZigBee節(jié)點(diǎn)處于休眠模式，耗電量?jī)H僅只有1μW。設(shè)各搜索時(shí)延一般為 30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接人時(shí)延為15ms。由于工作時(shí)間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee設(shè)各非常省電，ZigBee節(jié)點(diǎn)的電池工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右。同時(shí)，由于電池時(shí)間取決于很多因素，例如電池種類(lèi)、容量和應(yīng)用場(chǎng)合，ZigBee技術(shù)在協(xié)議上對(duì)電池使用也作了優(yōu)化。對(duì)于典型應(yīng)用，堿性電池可以使用數(shù)年，對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間（工作時(shí)間＋休眠時(shí)間）之比小于t％的情況，電池的壽命甚至可以超過(guò)1年。（3）數(shù)據(jù)傳輸可靠ZigBee的介質(zhì)鏈路層（以MAC層）采用CSMA－CA碰撞避免機(jī)制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時(shí)則立刻傳送，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，并進(jìn)行確認(rèn)信息回復(fù)，若沒(méi)有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次，采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃浴Ｍ瑫r(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的竟?fàn)幒蜎_突。同時(shí)ZigBee針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。（4）網(wǎng)絡(luò)容量大ZigBee的低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使它非常適宜支持簡(jiǎn)單器件。ZigBee定義了兩種器件：全功能器件（FFD）和簡(jiǎn)化功能器件（RFD）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（coordinator）是一種全功能器件，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常為簡(jiǎn)化功能器件。如果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò)65 000個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上各個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可互相連接，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀(guān)。（5）自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、自主路由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，無(wú)論是節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，或者節(jié)點(diǎn)被敵人俘獲，都能使節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)的使用者也希望能在需要的時(shí)候向已有的網(wǎng)絡(luò)中加人新的傳感器節(jié)點(diǎn)。（6）兼容性ZigBee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫集成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用CSMACA方式進(jìn)行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。（7）安全性ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級(jí)安全性。第一級(jí)實(shí)際是無(wú)安全方式，對(duì)于某種應(yīng)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(hù)，器件就可以選擇這種方式來(lái)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對(duì)于第二級(jí)安全級(jí)別，器件可以使用接人控制清單（ACL）來(lái)防止非法器仵獲取數(shù)據(jù)。在這一級(jí)不采取加密措施。第三級(jí)安全級(jí)別在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移中采用屬于高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）的對(duì)稱(chēng)密碼。AES可以用來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件。（8）實(shí)現(xiàn)成本低模塊的初始成本估計(jì)在6美元左右，～，且ZigBee協(xié)議免專(zhuān)利費(fèi)用。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以具有成千上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)，如果不能?chē)?yán)格地控制節(jié)點(diǎn)的成本，那么網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模必將受到嚴(yán)重的制約，從而將嚴(yán)重地制約無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能。 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee技術(shù)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，不像諸如藍(lán)牙和其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常分為7層，而ZigBee技術(shù)僅分為4層。在ZigBee技術(shù)中，PHY層和 MAC層采用IEEE ，其中，PHY層提供了兩種類(lèi)型的服務(wù)：即通過(guò)物理層管理實(shí)體接口對(duì)PHY層數(shù)據(jù)和PHY層管理提供服務(wù)。PHY層數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)物理信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。PHY層的特征是啟動(dòng)和關(guān)閉無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，能量監(jiān)測(cè)，鏈路質(zhì)量，信道選擇，清除信道評(píng)估，以及通過(guò)物理介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收。同樣，MAC層也提供了兩種類(lèi)型的服務(wù)：通過(guò)MAC層管理實(shí)體服務(wù)接人點(diǎn)向MAC層數(shù)據(jù)和MAC層管理提供服務(wù)。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過(guò)PHY層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。MAC層的具體特征是：信標(biāo)管理，信道接入，時(shí)隙管理，發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送連接及斷開(kāi)連接請(qǐng)求。除此以外，MAC層為應(yīng)用合適的安全機(jī)制提