第3章 ZigBee无线传感器网络通信标准.pptx

第3章ZigBee无线传感器

网络通信标准

;2;3;4;（1）功耗低。

ZigBee网络节点设备工作周期较短、收发数据信息功耗低，且使用了休眠模式（当不需接收数据时处于休眠状态，当需要接收数据时由“协调器”唤醒它们），因此，ZigBee技术特别省电，据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其他无线设备望尘莫及的避免了频繁更换电池或充电，从而减轻了网络维护负担。

;（2）成本低。

ZigBee通过简化协议，降低了对硬件的要求，所以其研发和生产成本较低。普通网络节点硬件只需8位微处理器，4-32KB的ROM，且软件实现也很简单。随着产品产业化，ZigBee通信模块价格预计能降到10元人民币，并且ZigBee协议是免专利费的。低成本是ZigBee成为无线传感网络一个重要协议的关键因素。

;（3）可靠性高。

ZigBee采用了碰撞避免机制同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了收发数据时的竞争和冲突，而且MAC层采用完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程出现了问题可以进行重发，从根本上保证了数据传输的可靠性。

;（4）容量大。

一个ZigBee的网络最多包括255个ZigBee网络节点，其中一个是主控（Master）设备，其余是从属（Slave）设备。若是通过协调器（Coordinator）建立网络，则整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网络节点，再加上各个Coordinator可互相连接，一个区域内最多可以同时存在一百个ZigBee网络，而且网络组成灵活。

;（5）时延小。

ZigBee技术与蓝牙技术的时延相比，其各项指标值都非常小。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的有哪些信誉好的足球投注网站设备时延30ms，而蓝牙为3-10s。休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

;（6）安全性好。

ZigBee技术提供了基于循环冗余校验（CRC)的数据包完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，设备就可以选择这种方式来转移数据。对于??二级安全级别，设备可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法设备获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据和防止攻击者冒充合法设备。

;（7）有效范围小。

有效覆盖范围10m~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。

;（8）兼容性。

ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器自动建立网络，采用载波侦听／冲突检测(CSMA．CA)方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。;ZigBee堆栈是在IEEE802.15.4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。如图所示为组件的概况。;ZigBee协议栈的网络层、安全层和应用程序接口等由ZigBee联盟制定。物理层和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。802.15.4定义的是PHY和MAC层。在MAC子层上面提供与上层的接口，可以直接与网络层连接，或者通过中间子层SSCS和LLC实现连接。;ZigBee联盟在802.15.4基础上定义了网络层和应用层.其中安全层（Security）主要实现密钥管理、存取等功能。应用程序接口负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持（ApplicationSub-laygerSupport，APS）、ZigBee设备对象（ZigBeeDeviceObject，ZDO）等，实现应用层对设备的管理。

;网络层参考模型及实现

网络层主要实现节点加入、离开、路由查找和传送数据等功能。目前ZigBee网络层主要支持两种路由算法即树路由(Cluster-Tree)和网状网路由。支持星形(Star)、树形(Cluster-Tree)、网格(Mesh)等多种拓扑结构，如图所示。

;在这些拓扑结构中一般包括三种设备：协调器、路由器和末端节点。;网络层规范概述

ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层负责拓扑结构的建立和维护、命名和绑定服务，它们协同完成寻址、路由、传送数据及安全这些不可或缺的任务，支持星形(