基于ZigBee的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

PC外設：無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)、鼠標、游戲操縱桿等;

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

醫療設備控制：醫療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等;

交互式玩具。

三、ZigBee協(xié)議棧

ZigBee協(xié)議棧結構(圖1)是基于標準OSI七層模型的，包括高層應用規范、應用匯聚層、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(gè)物理層標準，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴頻(DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS) 技術(shù)。868MHz只有一個(gè)信道，傳輸速率為20kb/s;902MHz～928MHZ頻段有10個(gè)信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個(gè)頻段都采用BPSK調制。2.4GHz～2.4835 GHz頻段有16個(gè)信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調制。為了提高傳輸數據的可靠性，IEEE 802.15.4定義的媒體接入控制(MAC)層采用了CSMA-CA和時(shí)隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應用匯聚層主要負責把不同的應用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò )上，主要包括安全與鑒權、多個(gè)業(yè)務(wù)數據流的會(huì )聚、設備發(fā)現和業(yè)務(wù)發(fā)現。

四、ZigBee網(wǎng)絡(luò )配置

低數據速率的WPAN中包括兩種無(wú)線(xiàn)設備：全功能設備(FFD)和精簡(jiǎn)功能設備(RFD)。其中，FFD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和 FFD通信，RFD之間是無(wú)法通信的。RFD的應用相對簡(jiǎn)單，例如在傳感器網(wǎng)絡(luò )中，它們只負責將采集的數據信息發(fā)送給它的協(xié)調點(diǎn)，并不具備數據轉發(fā)、路由發(fā)現和路由維護等功能。RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。

在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )中，至少存在一個(gè)FFD充當整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調點(diǎn)，即PAN協(xié)調點(diǎn)，ZigBee中也稱(chēng)作ZigBee協(xié)調點(diǎn)。一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò )只有一個(gè)PAN協(xié)調點(diǎn)。通常，PAN協(xié)調點(diǎn)是一個(gè)特殊的FFD，它具有較強大的功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的主要控制者，它負責建立新的網(wǎng)絡(luò )、發(fā)送網(wǎng)絡(luò )信標、管理網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)以及存儲網(wǎng)絡(luò )信息等。FFD和RFD都可以作為終端節點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò )。此外，普通FFD也可以在它的個(gè)人操作空間(POS)中充當協(xié)調點(diǎn)，但它仍然受PAN協(xié)調點(diǎn)的控制。ZigBee中每個(gè)協(xié)調點(diǎn)最多可連接255個(gè)節點(diǎn)，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )最多可容納65535個(gè)節點(diǎn)。五、ZigBee網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構

ZigBee網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構主要有三種，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(gè)PAN協(xié)調點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)終端節點(diǎn)組成的。PAN協(xié)調點(diǎn)必須是FFD，它負責發(fā)起建立和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，其它的節點(diǎn)(終端節點(diǎn))一般為RFD，分布在PAN協(xié)調點(diǎn)的覆蓋范圍內，直接與PAN協(xié)調點(diǎn)進(jìn)行通信。星型網(wǎng)通常用于節點(diǎn)數量較少的場(chǎng)合。

Mesh網(wǎng)(圖2-b)一般是由若干個(gè)FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個(gè)節點(diǎn)都可以與它的無(wú)線(xiàn)通信范圍內的其它節點(diǎn)通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò )的FFD節點(diǎn)作為PAN協(xié)調點(diǎn)。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò )，具有“自恢復”能力，它可為傳輸的數據包提供多條路徑，一旦一條路徑出現故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。

圖2 ZigBee拓撲結構