【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用層（AF） Application Support sub layer 應(yīng)用支持層（APS） Network Layer 網(wǎng)絡(luò)層（NWK） Medium Access Control Layer 數(shù)據(jù)鏈路層（MAC） Physical Layer 物理層（PHY）圖21 Zigbee協(xié)議總體架構(gòu)(PHY)規(guī)范 ，是協(xié)議的最低層，承擔(dān)的任務(wù)是與外界直接相互作用，控制RF收發(fā)器的工作，采用擴(kuò)頻通信。物理層通過射頻固件和硬件提供給MAC層與物理無線信道之間的接口，物理層還包括物理層管理實(shí)體（PLME）,以提供調(diào)用物理層管理功能的管理服務(wù)接口，同時PLME還負(fù)責(zé)維護(hù)物理層PAN信息庫（PHY PIB）。物理層通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn)（PDSAP）提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)，通過物理層管理實(shí)體服務(wù)訪問點(diǎn)（PLMESAP）提供物理層管理服務(wù)。 物理層數(shù)據(jù)服務(wù)可以簡單概括為以下作用：開啟和關(guān)閉無線收發(fā)信機(jī)、能量檢測（ED）、鏈路質(zhì)量指示（LQI）、空間信道評估（CCA）、信道選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。(MAC)規(guī)范，主要負(fù)責(zé)的是設(shè)備間的無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束，確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳輸和接收，可以選時隙，實(shí)現(xiàn)低延遲傳輸，各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均支持，網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備有16位地址尋址。MAC子層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)。前者保證MAC了協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，MAC層管理服務(wù)維護(hù)一個存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。MAC子層主要功能如下：①協(xié)調(diào)器產(chǎn)生發(fā)出網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀。 ②其他設(shè)備與信標(biāo)幀同步。 ③支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)(Association)和取消關(guān)聯(lián)(Disassociation)操作。④保證設(shè)備的安全。 ⑤使用CSMACA機(jī)制訪問信道。 ⑥支持GTS（Guaranteed Time Slot，時間槽保障）機(jī)制。 ⑦提供兩個對等的MAC實(shí)體之間的可靠連接等。(NWK)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層在MAC層之間提 提供一個合適的接口，通過刺激MAC層動作執(zhí)行尋址和路由功能。它的關(guān)鍵任務(wù)包括：（1）啟動網(wǎng)絡(luò)和分配網(wǎng)絡(luò)地址。（2）移除網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備或者添加網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備（3）通過路由，將消息送往目的節(jié)點(diǎn)；（4）加密已發(fā)送的數(shù)據(jù)；（5）在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行路由尋址并且儲存路由表。 (APL)規(guī)范應(yīng)用層用于支持維持器件的功能屬性，發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作，根據(jù)服務(wù)和需求使多個器件之間進(jìn)行通信，Zigbee應(yīng)用層中包含有應(yīng)用程序支持子層，應(yīng)用程序架構(gòu)，送往Zigbee裝置管控對象和與各廠商定義的應(yīng)用程序?qū)ο?。此外，Zigbee還定義了應(yīng)用規(guī)格，它是針對各種不同的應(yīng)用情境來定義的概略的行為藍(lán)圖，讓特定應(yīng)用中采用此規(guī)格的裝置之間能夠互相操作。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置 IEEE ，致力于無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）物理層和媒體訪問子層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，2002年,zigbee Alliance成立，2004年,zigbee ,存在一些錯誤，2006年,推出zigbee 2006,比較完善，2007年底,zigbee PRO推出，物理層和MAC層直接引用了IEEE 。IEEE ：在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)了20kbps、40kbps和250kbps三種不同的傳輸速率；支持星型和點(diǎn)對點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球惟一的擴(kuò)展地址；支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMACA）；支持確認(rèn)（ACK）機(jī)制，保證傳輸可靠性。(DSSS)物理層頻段。，868/915MHz物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鞈]為20kb/s和40kb/s，而868/915MHz物理層使用每個PPDU數(shù)據(jù)傳輸為被最大長為15的CHIP序列所擴(kuò)展的簡單DSSS方法。，包括星形和點(diǎn)點(diǎn)拓?fù)洌負(fù)浣Y(jié)構(gòu)需要根據(jù)應(yīng)用設(shè)計需求來定，一些PC外設(shè)應(yīng)用適合星形低延時的連接，其他安全方面應(yīng)用適合大面積點(diǎn)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 ZigBee定義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Zigbee, 在中國被譯為紫蜂,，用于傳感控制應(yīng)用。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zigbee這個字，從英語的角度來分析，它是由“Zig”和“bee”兩個字組成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路徑，后面一個英文單詞“bee”，就是模仿蜜蜂通過跳舞來傳遞信息的方式，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間信息的相互互傳，來將一個信息從一個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的另外一個節(jié)點(diǎn)?？偟膩碚f，、低傳輸速率、架構(gòu)簡單的短距離無線通信技術(shù)，它在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用正越來越引起業(yè)界的矚目。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Zigbee網(wǎng)絡(luò)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖22所示：　　 　 　　星狀網(wǎng)絡(luò)（Star） 樹狀網(wǎng)絡(luò)（cluster tree） 協(xié)調(diào)器 、 路由器 終端節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀（mesh）圖22 Zigbee三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)ZigBee是近年來興起的一種短距離，低功耗，低成本，靈活的組網(wǎng)，無線通信技術(shù)，適用于數(shù)據(jù)傳輸量小，功率有更高的要求，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要更多的場合。具有以下特點(diǎn)：（1）低功耗：由于工作時間比較短、接受和發(fā)送信息功能消耗比較低并且多數(shù)情況下采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)很省電。 （2）低成本：目前低速率低功率的UWB芯片組的價格不低于20美元，而ZigBee的價格目前只有幾美分，并且ZigBee 協(xié)議是不收專利費(fèi)的。（3）數(shù)據(jù)傳輸速率低：ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps()、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。（4）時延短：ZigBee 針對時延敏感的應(yīng)用做了改進(jìn)，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都很的短。 （5）網(wǎng)絡(luò)容量大：每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備，也就是說，每個Zigbee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接。（6）優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰?ZigBee具有星、樹和叢網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力。ZigBee設(shè)備實(shí)際上具有無線網(wǎng)路自愈能力,能簡單地覆蓋廣闊圍。（7）安全性：Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES128，同時可以靈活確定其安全屬性。第三章 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計方案智能家居系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，智能家居系統(tǒng)對于廣大消費(fèi)者而言必須實(shí)用、簡單，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)個人愛好進(jìn)行多樣化和個性化，智能家居系統(tǒng)可細(xì)分為如下幾個分系統(tǒng)：燈光照明系統(tǒng)、門窗控制系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。智能家居可以簡單概括出以下一些特點(diǎn)：(1) 使用方便： 智能化系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程控制接口，當(dāng)您外出時，您可以通過電話或互聯(lián)網(wǎng)查看和控制家里的設(shè)備。(2) 信息服務(wù)：通過互聯(lián)網(wǎng)或在任何時間，任何地點(diǎn)獲得和交換消息的通信網(wǎng)絡(luò)，它們通過多種形式，從靜態(tài)文本，圖形，到動態(tài)的音頻和視頻信息。(3) 安全性能高：家庭智能家居系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)控狀態(tài)，預(yù)防火災(zāi)，煤氣中毒， 防御入侵者并及時報警，有效地保證您的居家安全。(4) 節(jié)約成本：智能系統(tǒng)可以幫你自動關(guān)閉家中的臨時需要的耗能設(shè)備，降低您的生活成本。當(dāng)某些設(shè)備因為用戶的需要而發(fā)生位置改變時，那么等同于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)