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1、基于Zigbee协议的无线定位网络在安保系统中的应用——工程082第一组一.Zigbee技术简介Zigbee来源在现实生活中存在着这样的应用情况:系统所传输的数据通常为小量的突发信号，即数据特征为数据量小，要求进行实时传输，如采用传统的无线技术，虽然能满足上述要求，但存在着设备的成本高、体积大和能源消耗大等问题，针对这样的应用场合，人们希望利用具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的短距离无线通信技术。在这种需求下，ZigBee技术孕育而生，之所以称之为ZigBee技术是由于人们发现蜜蜂在采蜜
2、过程中，跳着优美的“Z”字形舞蹈来传达信息，再加上蜜蜂自身体积小，所耗能量小的特点，人们就将这种具有低成本、体积小、能量消耗小和传输率低的无线通信技术称为ZigBee技术。Zigbee技术优势①低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长。②低成本。通过大幅简化协议,降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。③低速率。Z
3、igbee工作在20～250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。④近距离。传输范围一般介于10～100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1～3km。⑤短时延。Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。⑥高容量。最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65
4、000个节点的大网。⑦高安全。Zigbee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。Zigbee联盟ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟
5、，这一事件成为ZigBee技术的里程碑，到目前为止，加盟ZigBee联盟的涵盖了IT领域以及其他行业的150多家企业。Zigbee技术与与其他无线通信技术的比较Zigbee协议栈概述ZigBee技术作为一种新兴的低速率短距离无线通信技术，也是ZigBee联盟所主导的无线传感器网络技术标准。完整的ZigBee协议栈有物理层、MAC子层、网络层、应用汇聚子层和高层应用规范层组成。每一层为上层提供一系列特殊的服务:数据实体提供数据传输服务，管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体都通过服务接入点(S
6、AP)为上层提供一个接口，每个SAP都支持一定数量的服务原语来实现所需的功能。Zigbee协议栈IEEE802.15.4定义的PHY层分别工作在两个频段:868/9l5MHz和2.4GHz。MAC层采用CSMA一CA机制来控制信道接入，主要负责传输信标帧，同步以及提供可信赖的传输机制。ZigBee联盟在此基础上定义了网络层(NWK)，应用层(APL)架构。网络层的主要职责包括提供设备用来加入网络和离开网络的机制，提供数据帧传输的安全机制和路由机制。另外，发现并保持设备间的路由，发现一跳邻居并存储潜
7、在邻居信息也是有NWK层完成的。ZigBee协调器的NWK层还必须负责启动一个新的网络，给新的关联设备分配地址等工作。应用汇聚层将主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，具体而言包括:安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现、业务发现。ZigBee应用层包括应用支持子层(APS)，ZigBee设备对象(ZDO)以及用户定义应用对象。应用支持子层(APS)负责维护设备绑定表，以及传输在绑定的设备间传输数据。设备绑定表用于根据设备间提供的服务和需求来匹配设备并储存相关设备信息。ZigBee设备
8、对象(ZDO)负责定义设备在网络中的角色(如ZigBee协调器或中断设备)，提出或响应绑定请求，以及建立网络设备间的安全关系。ZigBee设备对象(ZDO)还要负责网络设备的发现及判定对方提供服务类别。Zigbee网络构成设备类型：ZigBee网络支持IEEE802.15.4定义的两种类型的物理设备:全功能设备(FFD)、精简功能设备(RFD)。FFD和RFD的不同是按照节点的功能区分的，一个FFD可以充当网络中的协调器和路由器，因此一个网络中应该至少含有一个FFD。RFD只能与主
