基于ZigBee的无线网络技术及其应用

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1、万方数据专家论谈基才ZigBee的无线网络技术及其应用顾瑞红，张宏科(北京交通大学电子信息工程学院，北京100044)摘要：Z谵Bee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，本文详细分析了ZigBee技术，IEEE802．15．4标准及相关应用，讨论了它们的关系和相对其它技术的特点，并对其在家庭无线通信网中的应用前景进行了分析和展望。本文还针对无线网络与NGN(IPV6)的结合做了分析。关键词：IEEE802．15．4ZigBee短距离无线网络IPV6长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth出现以后

2、，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluet00tll的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了IEEE802．15．4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体介入控制层。IEEE802．15．4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kbp8)、工作在2．4GHz和868／928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。zigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技

3、术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802．15．4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于zigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农

4、业自动化和医用设备控制等。1lEEE802．15．4和ZjgBee介绍IEEE无线个人区域网mN)工作组的IEEE802．15．4技术标准是ZigBee技术的基础。802．15．4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10米左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。传感器网络是其主要市场对象。1．1802．15．4协议架构及其技术特点IEEE802．15．4满足国际标准组织(ISO)开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层(如图1所示)。ZigBeeProfiles网络应用层数据链路层

5、IEEE802．15．4LLC802．2I工CIEEE802．15．4MAC868／915PHY2400PHY图1IEEE802．15．4协议架构IEEE802．15．4的MAC层能支持多种U￡标准，通过SSCS(Service—SpecificConvergenceSublayer，业务相关的会聚子层)协议承载IEEE802．2类型一的LLC标准，同时允许其他LLC标准直接使用IEEE802．15．4的MAC层服务。表1列出了IEEE802．15．4的IJIJC层和MAC层主要功能。表1IEEE802．15．4的U￡层和MAC层主要功能U上子层

6、的主要功能：mEE802．15．4的MAC协议主要功能：传输可靠性保障和控制设备间无线链路的建立、维护和结束数据包的分段与重组确认模式的帧传送与接收数据包的顺序传输信道接入控制帧校验预留时隙管理广播信息管理IEEE802．15．4定义了两个物理层标准，分别是2．4GHz物理层和868／915MHz物理层。它们都基于DSSS(Dir{ectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频)，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2．4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于zigBee设

7、备的推广和生产成本的降低。2．4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbps的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz是欧洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段，这两个频段的引入避免了2．4GHz附近各种无线通《电子技术应用》2005年第6期欢迎网上投稿www．aetnet．cnwww．舶tnet．com．cn1万方数据专家论谈表2IEEE802．15．4标准的主要技术特征复杂程度比现有标准低通信时延≥15Ins目的只支持数据通信功耗约45仙s频段，数据率868MHz：20k

8、bpB1MAC的控制方式及信数925MHz：40kb西10星型网络，对等网络2．4GHz：250l【bp816每个网络65536寻址方式