引言

　　無線網(wǎng)絡(luò)的市場發(fā)展在邏輯上可分為而向語音的市場和面向數(shù)據(jù)的市場兩類。在許多以數(shù)據(jù)傳輸為主的無線網(wǎng)絡(luò)中，小型、低成本、低復雜度的無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合十分廣泛。zigbee是其中一種具有代表性的短距離無線通信技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)標準由ieee802.15.4規(guī)定。zigbee協(xié)議比藍牙、高速率pan(個人局域網(wǎng))或者ieee802.11x無線局域網(wǎng)更加簡單實用。

　　1、ieee802.15.4標準和zigbee技術(shù)

　　ieee的無線pan工作組制定的ieee802.15.4技術(shù)標準是zigbee技術(shù)的基礎(chǔ)，目的是為低能耗的簡單設(shè)備提供有效覆蓋范圍在10m左右的低速連接。

　　1.1ieee802.15.4協(xié)議架構(gòu)及其技術(shù)特點

　　ieee802.15.4滿足iso(國際標準化組織)osi(開放系統(tǒng)互連)參考模式。它定義了單一的mac(媒體訪問控制)層和多樣的物理層，如圖1所示。

　　ieee802.15.4的mac層能支持多種llc標準，通過sscs(業(yè)務(wù)相關(guān)的會聚子層)協(xié)議承載ieee802.2類型1的llc標準，同時允許其他llc標準直接使用ieee802.15.4的mac層服務(wù)。

　ieee802.15.4定義了2.4ghz物理層和868／915mhz物理層2個標準，它們都基于dsss(直接序列擴頻)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率。915／868mhz頻段是基于差分編碼的bpsk(二進制相移鍵控)，2.4ghz頻段采用十六進制正交調(diào)制。2.4chz頻段共有16個不同的信道為全球統(tǒng)一的無需申請的ism(工業(yè)、科學、醫(yī)療)頻段，采用高階調(diào)制技術(shù)能提供250kbit／s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更省電。868mhz是歐洲的ism頻段，只有1個信道，915mhz是美國的ism頻段，有10個信道，引入這2個頻段避免了2.4ghz附近各種無線通信設(shè)備的相互干擾。868mhz傳輸速率為20kbit／s，916mhz傳輸速率為40kbit／s。這2個頻段上無線信號傳播損耗較小，因此可降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設(shè)備覆蓋給定的區(qū)域。

　　1.2zigbee技術(shù)

　　zigbee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，zigbee技術(shù)將是最低功耗和成本的技術(shù)。

　　zigbee協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，如圖2所示。

　　a)物理層：遵循ieee802.15.4協(xié)議，是協(xié)議的最底層，承擔著與外界直接作用的任務(wù)，控制rf收發(fā)器工作，采用擴頻通信，信號傳輸距離為室內(nèi)50m，室外150m。

　　b)mac層：遵循ieee802.15.4協(xié)議，負責設(shè)備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護和結(jié)束，確認模式的數(shù)據(jù)傳送和接收，可選時隙，實現(xiàn)低延遲傳輸，支持各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備為16位地址尋址。

　　c)網(wǎng)絡(luò)層：建立新的網(wǎng)絡(luò)，處理節(jié)點的進入和離開網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置節(jié)點的協(xié)議堆棧，使網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對節(jié)點分配地址，保證節(jié)點之間的同步，提供網(wǎng)絡(luò)的路由，保證數(shù)據(jù)的完整性，使用可選的aes-128對通信加密。

　　d)應(yīng)用層：應(yīng)用支持層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行通信，根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開發(fā)。

　　2、zigbee的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　zigbee支持星形網(wǎng)、對等網(wǎng)和混合網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。圖3是混合型zigbee組網(wǎng)。每種網(wǎng)絡(luò)都有各自的優(yōu)點。星形網(wǎng)以一個功能強大的主器件作為網(wǎng)絡(luò)的中心，負責協(xié)調(diào)全網(wǎng)的工作，其他的主器件或從器件分布在其覆蓋范圍內(nèi)。這種網(wǎng)絡(luò)的控制和同步都比較簡單，適用于設(shè)備數(shù)量比較少的場合。對等網(wǎng)又分為點對點和簇樹形2種，是由主器件連接而成的。這種網(wǎng)絡(luò)能提供更高的可靠性。星形網(wǎng)和對等網(wǎng)相結(jié)合形成了混合網(wǎng)，各子網(wǎng)內(nèi)部以星形連接，主器件又以對等方式相連。這種網(wǎng)絡(luò)適用于對網(wǎng)絡(luò)要求最復雜的情況。一般在現(xiàn)實的應(yīng)用環(huán)境中，混合型具有更大的實用性。

　　在無線傳感器網(wǎng)中的節(jié)點是由軟件層和硬件層共同配合來實現(xiàn)功能的。在應(yīng)用zigbee芯片建立無線傳感器網(wǎng)時，zigbee芯片硬件內(nèi)置物理層和mac層的一部分功能，其他高層由外而的mpu解決，通過對mpu的寫入，來實現(xiàn)zigbee的高層協(xié)議。圖4為節(jié)點內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

　　節(jié)點應(yīng)用部分裝置根據(jù)監(jiān)控的不同位置(比如溫度、聲音、振動、壓力、運動或瀉染物)起不同的作用。通常這些裝置很小、很便宜，可以大量制造和部署，因此它們的資源(能源、存儲、計算速度和帶寬)嚴重受限。每個節(jié)點都具備一個無線電收發(fā)器、一個很小的微控制器和一個能源(通常為電池)。這些裝置互相幫助，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭慌_監(jiān)控計算機。

　　由于大部分的節(jié)點只需要有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�，不需要有控制能力，zigbee技術(shù)將節(jié)點從器件上分為3類(見圖3)：

a)rfd(簡化功能器件)。rfd內(nèi)存小，功耗低，在網(wǎng)絡(luò)中作為源節(jié)點，只發(fā)送與接收信