基于ZigBee的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

一、引言

近年來，各種無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，極大提高了人們的工作效率和生活質(zhì)量。然而，在日常生活中，我們?nèi)匀槐桓鞣N電纜所束縛，能否在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備之間的無線通信?縱觀目前發(fā)展較成熟的幾大無線通信技術(shù)，往往比較復(fù)雜，不但耗費(fèi)較多資源，成本也比較高，并不適用于短距離無線通信的場合。藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn)使得短距離無線通信成為可能，但是其協(xié)議較復(fù)雜、功耗高、成本高等特點(diǎn)不太適用于要求低成本、低功耗的工業(yè)控制和家庭網(wǎng)絡(luò)。本文介紹了一種復(fù)雜度、成本和功耗都很低的低速率短距離無線接入技術(shù)――ZigBee。該技術(shù)主要針對低速率傳感器網(wǎng)絡(luò)而提出，它能夠滿足小型化、低成本設(shè)備(如溫度調(diào)節(jié)裝置、照明控制器、環(huán)境檢測傳感器等)的無線聯(lián)網(wǎng)要求，能廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中。

二、ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

ZigBee技術(shù)主要用于無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)，是基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的。IEEE802.15.4定義了兩個(gè)底層，即物理層和媒體接入控制(MediaAccess Control，MAC)層;ZigBee聯(lián)盟則在IEEE 802.15.4的基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月，該聯(lián)盟由Invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦等公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入，其目標(biāo)市場是工業(yè)、家庭以及醫(yī)學(xué)等需要低功耗、低成本、對數(shù)據(jù)速率和QoS(服務(wù)質(zhì)量)要求不高的無線通信應(yīng)用場合。

ZigBee這個(gè)名字來源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。與其它無線通信協(xié)議相比，ZigBee無線協(xié)議復(fù)雜性低、對資源要求少，主要有以下特點(diǎn)：

低功耗：這是ZigBee的一個(gè)顯著特點(diǎn)。由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低、以及采用了休眠機(jī)制，ZigBee終端僅需要兩節(jié)普通的五號干電池就可以工作六個(gè)月到兩年。

低成本：協(xié)議簡單且所需的存儲空間小，這極大降低了ZigBee的成本，每塊芯片的價(jià)格僅2美元，而且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。

時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。這樣一方面節(jié)省了能量消耗，另一方面更適用于對時(shí)延敏感的場合，例如一些應(yīng)用在工業(yè)上的傳感器就需要以毫秒的速度獲取信息，以及安裝在廚房內(nèi)的煙霧探測器也需要在盡量短的時(shí)間內(nèi)獲取信息并傳輸給網(wǎng)絡(luò)控制者，從而阻止火災(zāi)的發(fā)生。

傳輸范圍?。涸诓皇褂霉β史糯笃鞯那疤嵯拢琙igBee節(jié)點(diǎn)的有效傳輸范圍一般為10-75m，能覆蓋普通的家庭和辦公場所。

數(shù)據(jù)傳輸速率低：2.4GHz頻段為250kb/s，915MHz頻段為40kb/s，868MHz頻段只有20kb/s。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂捎赯igBee采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，從而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，保證了節(jié)點(diǎn)之間傳輸信息的高可靠性。

ZigBee的出現(xiàn)將給人們的工作和生活帶來極大的方便和快捷，它以其低功耗、低速率、低成本的技術(shù)優(yōu)勢，適合的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：

家庭和建筑物的自動化控制：照明、空調(diào)、窗簾等家具設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以使其更加節(jié)能、便利，煙塵、有毒氣體探測器等可自動監(jiān)測異常事件以提高安全性;

消費(fèi)性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控(含ZigBee功能的手機(jī)就可以支持主要遙控器功能)。