ZigBee概述

ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低速率和低成本的雙向無線通信技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩Ｒ虼朔浅＿m用于家用電器和小型電子設備的無線控制指令傳輸。

ZigBee技術采用DSSS（直接序列擴頻）擴頻技術， 使用的頻段分為2.4GHz（全球）、868MHz（歐洲）和915IvIHz（美國），而且均為免收費的頻段。通信距離從標準的75米到幾百米、幾千米，并且支持無限擴展。

ZigBee譯為“紫蜂”，來源于蜜蜂的8字舞， 由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（ zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說，蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。簡單來說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動網(wǎng)絡基站，最多可達6.5萬個。在整個網(wǎng)絡范圍內，每一個ZigB ee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡模塊間的距離可以從標準的75m無限擴展。簡而言之，ZigBee就是一種經(jīng)濟、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術，彌補了低成本、低功耗和低速率的無線通信市場的空缺，其成功的關鍵在于豐富而便捷的應用，而不是其技術本身。

ZigBee網(wǎng)絡定義了3種功能設備：網(wǎng)絡協(xié)調器、網(wǎng)絡路由器和網(wǎng)絡終端設備，其中，網(wǎng)絡協(xié)調器在ZigBee網(wǎng)絡中可以作為匯聚模塊。網(wǎng)絡協(xié)調器必須是全功能設備（個人無線局域網(wǎng)中的無線設備之一），一個2igBee網(wǎng)絡只有一個網(wǎng)絡協(xié)調器，它往往比網(wǎng)絡中其他模塊的功能更強大，是整個網(wǎng)絡的主控模塊。它負責發(fā)起建立新的網(wǎng)絡、設定網(wǎng)絡參數(shù)、管理網(wǎng)絡中的模塊以及存儲網(wǎng)絡中模塊信息等，網(wǎng)絡形成后也可以執(zhí)行網(wǎng)絡路由器的功能。ZigBee網(wǎng)絡中每個協(xié)調點最多可連接255個模塊，一個ZigBee網(wǎng)絡最多可容納65535個模塊。網(wǎng)絡協(xié)調器是3種功能設備中最為復雜的一種，一般由交流電源持續(xù)供電。

ZigBee技術在IEEE 802.15。4的推動下，不僅在工業(yè)、農業(yè)、軍事、環(huán)境和醫(yī)療等傳統(tǒng)領域取得了成功的應用，在未來其應用可能涉及人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領域，真正實現(xiàn)無處不在的網(wǎng)絡。. ZigBee技術是一組基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的，有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術標準，無線個人局域網(wǎng)工作組IEEE802.15.4技術標準是ZigBee技術的基礎， ZigBee技術建立在IEEE 802.15.4標準之上， IEEE 802.15.4只處理低級MAC層和物理層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。

到目前為止ZigBee技術主要是基于兩個標準，一個是ZigBee聯(lián)盟所制定的V1.0規(guī)范，另一個是IEEE 802.15.4工作組所制定的低速、近距離的無線個域網(wǎng)標準。V1.0規(guī)范是基于IEEE 802.15.4標準基礎之上的，兩個規(guī)范都滿足OSI參考模型。

ZigBee的底層技術基于IEEE 802.15.4， 即其物理層和媒體訪問控制層直接使用了IEEE802.15.4的定義。磁EE802.15.4規(guī)范是一種經(jīng)濟、高效、低數(shù)據(jù)速率（<25 0kbit/s）、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術，用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡。它是ZigBee應用層和網(wǎng)絡層協(xié)議囀壟側。ZigBeeHA協(xié)議是智能家居行業(yè)的統(tǒng)一標準。

ZigBee特點

LigUee仗術是一種無線連接技術， 傳輸速率分別是 250kbit/s （ 2.4GHz）、20kbit/s（868MHz）禾口40kbit/s （915MHz）。

作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點，

1）功耗低。ZigBee網(wǎng)絡模塊設備工作周期較短、傳輸數(shù)據(jù)量很小，且使用了休眠模式（當不需接收數(shù)據(jù)時處于休眠狀態(tài)，需要接收數(shù)據(jù)時由“協(xié)調器”喚醒它們）。因此，ZigBee模塊非常省電，兩節(jié)5號干電池可支持1個模塊工作6- 24個月，甚至更長。這是2igBee的突出優(yōu)勢。

2）成本低。-由于ZigBee協(xié)議棧設計非常簡單，所以其研發(fā)和生產(chǎn)成本較低。普通網(wǎng)絡模塊硬件只需8位微處理器，4- 32KB的ROM，且軟件實現(xiàn)也很簡單。ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計能降到1.5- 2.5美元之間，且ZigBee協(xié)議是免專利費的，低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

3）可靠性高。ZigBee采用了CSMA/CA碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。所以從根本上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻麄鬏斶^程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。

4）時延短。ZigBee技術與藍牙技術的時延相比，其各項指標值都非常小。通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，而藍牙為3～10s。休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15rns。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制（如工業(yè)控制場合等）應用。

5）網(wǎng)絡容量大。相比于藍牙網(wǎng)絡只支持7個從設備的連接，一個星型結構的ZigBee網(wǎng)絡最多可以容納一個主設備和254個從設備， 一個區(qū)域內最多可以同時存在100個ZigBee網(wǎng)絡，這樣，最多可組成65000個模塊的大網(wǎng)，網(wǎng)絡容量大，組網(wǎng)靈活。

6）安全性好。ZigBee提供了三級安全模式。第一級實際上是無安全方式，對于某種應用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種方式來轉移數(shù)據(jù);對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單（ACL）來防止非法器件獲取數(shù)據(jù)，在這一級不采取加密措施;第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉移中采用屬于高級加密標準（ AES）的對稱密碼，AES可以用來保護數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件，以靈活地確定其安全性。

7）有效范圍小。ZigBee有效覆蓋范圍10—75m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。

8）兼容性好。ZigBee技術與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡標準無縫集成。通過網(wǎng)絡協(xié)調器自動建立網(wǎng)絡，采用載波偵聽/沖突檢測（ CSMACA）方式進行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。

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