Zigbee协议的基本概念及框架

　　Zigbee协议指无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议(包括MAC层、路由、网络层、应用层等)， Zigbee协议可以适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，其基础是IEEE 802.15。它不仅可以处理低级MAC层和物理层协议，而且对网络层协议和API进行了标准化(Zigbee技术简介)。签于此，小编通过搜集整理资料，对Zigbee协议的相关知识作了详细的归纳总结。

　　Zigbee协议的概念

　　Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里;另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。

　　Zigbee 协议栈

　　ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图1给出了这些组件的概况(WiFi是什么)。

　　ZigBee 协议框架

　　Zigbee 是一组基于 IEEE 批准通过的 802.15.4 无线标准 无线标准研制开发的组 网、 安全和应用软件方面的技术标准。 与其他无线标准如 802.11 或 802.16 不同， Zigbee 和 802.15.4 以 250Kbps 的最大传输速率承载有限的数据流量。ZigBee V1.0 版本的网络标准连同灯光控制设备描述已于 2004 年底推出，其它应用领域及相关设备的描述也会在随后的时间里陆续发布。如图 1 所示。

　　ZigBee协议框架

　　在标准规范的制订方面，主要是 IEEE 802.15.4 小组与 ZigBee Alliance 两个组织，两者分别制订硬件与软件标准，两者的角色分工就如同 IEEE 802.11 小组与 Wi-Fi 之关系。 IEEE 802.15.4 方面， 在 2000 年 12 月 IEEE 成立了 802.15.4 小组， 负责制订 MAC 与 PHY (物理层) 规范， 2003 年 5 月通过 802.15.4 标准， 在 802.15.4 任务小组目前在着手制订 802.15.4b 标准， 此标准主要是加强 802.15.4 标准，包括：解决标准有争议的地方、降低复杂度、提高适应性并考虑新频段的分配等。ZigBee 建立在 802.15.4 标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。802.15.4 仅仅定义了实体层和介质访问层，并不足以保证不同 的设备之间可以对话，于是便有了 ZigBee 联盟。 ZigBee 兼容的产品工作在 IEEE802.15.4 的 PHY 上，其频段是免费开放 的，分别为 2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和 868MHz(欧洲)。

　　采用 ZigBee 技术的产品可以在 2.4GHz 上提供 250kbit/s(16 个信道)、在 915MHz 提供 40kbit/s(10 个信道)和在 868MHz 上提供 20kbit/s(1 个信道)的传输速率。 传输范围依赖于输出功率和信道环境，介于 10m 到 100m 之间， 一般是 30m 左右。 由于 ZigBee 使用的是开放频段，已有多种无线通讯技术使用。因此为避免被干扰，各个频段均采用直接序列扩频技术。同时，PHY 的直接序列扩频技术允许设 备无需闭环同步。 在这 3 个不同频段，都采用相位调制技术，2.4GHz 采用较高阶的 QPSK 调制技术以达到 250kbit/s 的速率，并降低工作时间，以减少功率消耗。而在 915MHz 和 868MHz 方面，则采用 BPSK 的调制技术。

　　相比较 2.4GHz 频段，900MHz 频段为低频频段，无线传播的损失较少，传输距离较长，其次此频段过去主要是 室内无绳电话使用的频段， 现在因室内无绳电话转到 2.4GHz， 干扰反而比较少。 在 MAC 层上，主要沿用 WLAN 中 802.11 系列标准的 CSMA/CA 方式，以提 高系统兼容性，所谓的 CSMA/CA 是在传输之前，会先检查信道是否有数据传输，若信道无数据传输，则开始进行数据传输，若产生碰撞，则稍后一段时间重传。 在网络层方面，ZigBee 联盟制订可以采用星形和网状拓扑，也允许两者的组合，称为丛集树状。根据节点的不同角色，可分为全功能设备 (Full-Function Device;FFD)与精简功能设备(Reduced-Function Device; RFD)。相较于 FFD，RFD 的电路较为简单且存储体容量较小。FFD 的节点具备控 制器(Controller)的功能，能够提供数据交换，而 RFD 则只能传送数据给 FFD 或从 FFD 接收数据。

　　ZigBee 协议套件紧凑且简单，具体实现的硬件需求很低，8 位微处理器 80c51 即可满足要求，全功能协议软件需要 32K 字节的 ROM，最小功能协议软件 需求大约 4K 字节的 ROM。

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