【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。ZigBee的基本速率是250kb/s，而若當(dāng)其速率降到28kb/s時(shí)，傳輸半徑可擴(kuò)大到134米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，單個(gè)ZigBee無線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們更希望能在無線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域拓展ZigBee的應(yīng)用[9]。 ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用的是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則以ZigBee協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行通信，與各種傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:(1) 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。其設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)自己組織性能使網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在無需人工干預(yù)的情況下自己組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，當(dāng)添加或去除網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)可以自行尋找其他節(jié)點(diǎn)替代中轉(zhuǎn)信息，具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈能力。(2) 成本低。由于ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實(shí)力都很強(qiáng)，好多公司均已在2003年正式推出自己的ZigBee芯片，競(jìng)爭(zhēng)較大，近年來應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本將會(huì)比藍(lán)牙等模塊更具價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)；另外，因?yàn)閆igBee技術(shù)的速率要求低，協(xié)議內(nèi)容簡(jiǎn)單，從而節(jié)省了開發(fā)的成本，目前常州市場(chǎng)CC2XX0等芯片的零售價(jià)格在20~30元之間不等。(3) 功耗低。，這也是ZigBee的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。(4) 網(wǎng)絡(luò)容量大。每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另外254臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，而加入路由節(jié)點(diǎn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá)65，000多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。(5) 數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s～250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求。(6) 工作頻段靈活。，歐洲使用868MHz，美國則使用915MHz頻段，但這些均是免申請(qǐng)頻段，可以直接使用。(7) 網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短?；顒?dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間達(dá)到[10]。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：ZigBee協(xié)調(diào)器(ZigBee Coordinator)，ZigBee路由器(ZigBee Router)，Zig,Bee終端設(shè)備(ZigBee End Device)。他們的功能分別如下：(1) ZigBee協(xié)調(diào)器(ZigBee Coordinator)：它是個(gè)全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是3種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)量大。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立并且管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)信息并且不斷地接收下級(jí)節(jié)點(diǎn)所發(fā)來的信息。(2) ZigBee路由器(ZigBee Router)：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能。(3) ZigBee終端設(shè)備(ZigBee End Device)：其一般的簡(jiǎn)化的功能設(shè)備。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。 在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時(shí)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：星型結(jié)構(gòu)(Star)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇樹型結(jié)構(gòu)(ClusterTree)，圖21所示。星狀（start）網(wǎng)狀（Mesh）簇狀（Cluster）協(xié)調(diào)器路由器終端設(shè)備圖21 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，而ZigBee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去[11]。 ZigBee的協(xié)議分析 網(wǎng)絡(luò)層（NWK）ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是確保ZigBee的MAC層(IEEE )正常工作，同時(shí)定義了一些必須的函數(shù)，并且為應(yīng)用層提供適合的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必須的功能服務(wù)實(shí)體來向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，它們分別是管理服務(wù)實(shí)體和數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體。通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（NLDESAP），網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)實(shí)體（NLDE）得以提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)與之不同，它是通過網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)它體服務(wù)接入點(diǎn)(NLMESAP)來提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體則是利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作，并且網(wǎng)絡(luò)信息庫(NIB)理是網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成的。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLDE） 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體為數(shù)據(jù)提供服務(wù)，在兩個(gè)或多的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送任務(wù)時(shí)，則是按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式進(jìn)行傳送的，并且所有的這些設(shè)備必須是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即要求在同一個(gè)個(gè)域網(wǎng)中。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供的服務(wù)如下三項(xiàng)：(1) 指定拓?fù)鋫鬏斅酚桑W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)合適的接受設(shè)備，此設(shè)備可能是一個(gè)在通信鏈路中的中間通信設(shè)備，也可能是最終的目的通信設(shè)備。(2) 生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)：通過增加一個(gè)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體從應(yīng)用支持層協(xié)議數(shù)據(jù)單元中生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。(3) 安全：確保通信的機(jī)密性和真實(shí)性。 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（NLME）絡(luò)層管理實(shí)體允許應(yīng)用與堆棧相互作用，并且提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供了以下的幾種服務(wù)：(1) 配置一個(gè)新的設(shè)備：設(shè)備應(yīng)具有足夠的堆棧來保證其正常工作的需要，并且滿足配置的需要。配置選項(xiàng)包括對(duì)連接一個(gè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器的初始化的操作。(2) 初始化一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：使設(shè)備有能力建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。(3) 連接和斷開網(wǎng)絡(luò)。要求設(shè)備具有斷開網(wǎng)絡(luò)的能力和具有連接一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)的能力，以建立一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器或者路由器。(4) 鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)：需要具有發(fā)現(xiàn)、匯報(bào)和記錄相鄰設(shè)備信息的能力。(5) 尋址：ZigBee協(xié)調(diào)器和路由器具有分配地址給新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的能力。(6) 路由發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)并且記錄傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由的能力。(7) 接收控制：具有控制設(shè)備是否處于接收狀態(tài)的能力，即控制接收機(jī)接收信息時(shí)間的長(zhǎng)短和什么時(shí)候來接收信息，以此來保證MAC層的正常接收和同步等。 應(yīng)用層（APP）應(yīng)用層主要由用戶根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行自我開發(fā)，用以維持節(jié)點(diǎn)的各種功能，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點(diǎn)工作空間范圍內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的工作，再根據(jù)服務(wù)的需求為各個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)提供通信服務(wù)。ZigBee應(yīng)用層有三個(gè)不同的部分分別是：應(yīng)用支持 (Application Support Sub1ayer，簡(jiǎn)稱APS)子層、ZigBee設(shè)備對(duì)象 (ZigBee Device Object，簡(jiǎn)稱ZDO)和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。應(yīng)用支持子層APS層提供了這樣的接口：在NWK層和APL層間，從設(shè)備對(duì)象到供應(yīng)商的應(yīng)用對(duì)象的通用服務(wù)集。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體得以實(shí)現(xiàn)：APS管理實(shí)體(APSDE)和APS數(shù)據(jù)實(shí)體APSDE。(1) APSME通過APSME服務(wù)接入點(diǎn)(APSMESAP)；(2) APSDE通過APSDE服務(wù)接入點(diǎn)(APSDESAP)。APSDE提供了多種服務(wù)給應(yīng)用對(duì)象，維護(hù)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫，也就是我們常說的AIB，同時(shí)這些服務(wù)包括綁定設(shè)備和安全服務(wù)。APSDE則提供在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或多個(gè)應(yīng)用實(shí)體間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的服務(wù)。應(yīng)用層框架為存在ZigBee設(shè)備中的應(yīng)用對(duì)象提供活動(dòng)的環(huán)境的是ZigBee中的應(yīng)用框架。其最多可以定義240個(gè)較為獨(dú)立的應(yīng)用程序?qū)ο螅我庖粋€(gè)對(duì)象的端點(diǎn)編號(hào)都是從1到240。另外還有兩個(gè)附加的節(jié)點(diǎn)終端為了APSDESAP的使用：端點(diǎn)號(hào)0專門應(yīng)用于ZDO數(shù)據(jù)接口；而另外一端的端點(diǎn)號(hào)255則專門應(yīng)用于所有應(yīng)用對(duì)象廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口；最后，端點(diǎn)2412