ZigBee技术发展及其特点研讨.doc

第2章 ZigBee技术及协议分析 2.1 ZigBee技术的发展及其特点 长期以来，低成本、短距离、低传输率、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙（Bluetooth）技术的出现曾让玩具制造商、家庭自动化控制以及工业控制等业界从业者兴奋不已，尽管蓝牙技术有很多优点，但是高昂的价格和其存在的技术缺陷严重影响了这些厂商的使用意愿。对于工业控制、家庭自动化控制等领域而言，蓝牙技术过于复杂、功耗过大、距离近、组网规模达不到应用要求等，而工业自动化等领域对无线通信的需求越来越大。因此，经过人们的努力，于2004年正式推出了ZigBee协议规范。 ZigBee的发展基础是IEEE802.15.4标准，它是一种新型的短距、低速、低功耗的无线通信技术，其前身是INTEL、IBM等产业巨头发起的“HomeRF Lite”无线技术。负责起草IEEE802.15.4标准的工作组于2000年成立，2002年美国摩托罗拉（Motorola）公司、荷兰菲利普斯（Philips）公司、英国Invensys公司、日本三菱电器公司等发起成立了ZigBee联盟，。到目前为止，ZigBee联盟已有200多家成员企业，而且还在迅速壮大中。这些企业包裹半导体生产商、IP服务提供商以及消费类电子厂商等，而这些公司都参加了IEEE802.15.4工作组，为ZigBee物理和媒体控制层技术标准的建立做出了它们的贡献。 2004年ZigBee1.0（又称ZigBee2004）诞生，它是ZigBee的第一个规范，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。但是由于推出仓促存在很多不完善的地方，因此在2006年进行了标准的修订，推出了ZigBee1.1（又称ZigBee2006），但是该协议与ZigBee1.0是不兼容的。ZigBee1.1相较于ZigBee1.0做了很多修改，但是ZigBee1.1仍无法达到最初的设想，于是在2007年再次修订（称为ZigBee2007/PRO），能够兼容之前的ZigBee2006，并且加入了ZigBee PRO部分，此时ZigBee联盟更专注于以下三种应用类型的拓展：家庭自动化（HA）、建筑/商业大楼自动化（BA）以及先进抄表基础建设（AMI）。 随着ZigBee标准的完善以及各软件以及硬件厂商的不断努力，用于ZigBee开发的软硬件正趋于完善，ZigBee技术的实用化不断推进，其使用领域不断拓展。使ZigBee技术在2004年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大高新技术之一。 ZigBee技术有以下几个方面的特点：（1） 短时延。通信时延以及休眠状态激活时延都很短，通常在15ms至30ms间。 高可靠性。采用了CSMA/CA（碰撞避免）机制，而且为需要固定带宽的通信业务预留了专用的时隙，从而避免了发送数据时可能出现的竞争和冲突；节点模块间有自动动态组网功能，信息在整个ZigBee网络中是通过自动路由方式传输的，这样可以保证信息的可靠传输。 低数据率。数据传输率在10kb/s到250kb/s之间。 低功耗。两节五号电池即可使用6个月至2年，免去了经常更换电池或者是充电的麻烦。 低成本。ZigBee的低数据传输率，简单的协议，都大大降低了成本，而且ZigBee协议是免专利费的。 有效范围大。可以覆盖的有效范围在10-75m之间，具体与实际工作环境和工作模式有关，基本可以满足普通家庭以及办公室环境的使用要求。 工作频段比较灵活。三个工作频段分别为：2.4GHz（全球，具有16个速率为250kb/s的信道）、915MHz(美国，具有10个40kb/s的信道）以及868MHz（欧洲，具有1个20kb/s的信道），而这些频段均为免执照频段。 网络拓扑能力优良。ZigBee有网路自愈能力，ZigBee有星状、树状和网状三种网络结构。所以通过ZigBee无线网络拓扑可以覆盖很大的区域。 高安全性。ZigBee为我们提供了数据完整性检查功能以及鉴权功能，加密算法采用AES-128，具有很好的必威体育官网网址性。 大网络容量。网络可支持多达65000个节点。 2.2 ZigBee网络拓扑 首先介绍下ZigBee的设备类型：协调器(coordinator)、路由器(router)以及终端设备(End Device)。 终端设备(End Device)：结构和功能是最简单的，采用电池供电，大部分时间都处于睡眠状态以节约电量，延长电池的使用寿命。 路由器(router)：需具备数据存储和转发能力以及路由发现的能力。除完成应用任务外，路由器还必须支持其子设备连接、数据转发、路由表维护等功能。 协调器(coordinator)：协调器是一个ZigBee网络的第一个开始的