基于ZigBee的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

PC外設(shè)：無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等;

工業(yè)控制：利用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易;

醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等;

交互式玩具。

三、ZigBee協(xié)議棧

ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)(圖1)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層。

圖1 ZigBee協(xié)議棧

IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS) 技術(shù)。868MHz只有一個信道，傳輸速率為20kb/s;902MHz～928MHZ頻段有10個信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都采用BPSK調(diào)制。2.4GHz～2.4835 GHz頻段有16個信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制。為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，IEEE 802.15.4定義的媒體接入控制(MAC)層采用了CSMA-CA和時隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應(yīng)用匯聚層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。

四、ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置

低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設(shè)備：全功能設(shè)備(FFD)和精簡功能設(shè)備(RFD)。其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和 FFD通信，RFD之間是無法通信的。RFD的應(yīng)用相對簡單，例如在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調(diào)點(diǎn)，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。

在一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個FFD充當(dāng)整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，即PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)，ZigBee中也稱作ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)。一個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)只有一個PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。通常，PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)是一個特殊的FFD，它具有較強(qiáng)大的功能，是整個網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，它負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以及存儲網(wǎng)絡(luò)信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。此外，普通FFD也可以在它的個人操作空間(POS)中充當(dāng)協(xié)調(diào)點(diǎn)，但它仍然受PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的控制。ZigBee中每個協(xié)調(diào)點(diǎn)最多可連接255個節(jié)點(diǎn)，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個節(jié)點(diǎn)。五、ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種，星型網(wǎng)、網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)和混合網(wǎng)。

星型網(wǎng)(圖2-a)是由一個PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個或多個終端節(jié)點(diǎn)組成的。PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)必須是FFD，它負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn))一般為RFD，分布在PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，直接與PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信。星型網(wǎng)通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場合。

Mesh網(wǎng)(圖2-b)一般是由若干個FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)”能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。

圖2 ZigBee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)