2ZigBee 技术及应用 

2。1ZigBee 技术概述

ZigBee 是一种低速率、短距离传输的无线网络协议,介于无线标记技术与蓝牙技术之间, 底层采用 IEEE 802。15。4 标准规范的实体层和媒体存取层。我们观察到蜜蜂在采蜜的时候,会 有一个规律的飞行状态,如同是在跳着一只优美的舞蹈一般,并且形成 ZigZag 的形状。后来, 人们发现蜜蜂正是通过这种舞蹈来相互间传递消息,从而获得共享食物源的方向、距离以及 位置等信息。另外,又因为蜜蜂自身体积小,所需能量少,因此,人们便用 ZigBee 技术来表 示这种具有成本低、体积小和功耗低特点的无线通信技术。 

2000 年 12 月 ,电气与电子工程师协会( Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)成立了 IEEE 802。15。4 工作组,该组织的主要作用是定义一种低功耗、低速 率、低成本无线通信技术。ZigBee 正是这种技术的商业化命名,该项技术主要被应用于自动 控制和远程控制领域。 论文网

与 TCP/IP 协议相似,ZigBee 协议层也被分了不同层次,最底层是物理层(PHY),往上 一层是媒体存取层(MAC),再往上是网络层(NWK),最高层是应用层(APL),IEEE 802。15。4 工作组主要负责定义协议的 PHY 层和 MAC 层,而网络层和应用层由 ZigBee 联盟负责定义。 网络装置的角色可分为协调器(ZigBee  Coordinator)、路由器(ZigBee  Router)、终端设备

(ZigBee EndDevice)三种,作用分别为: 

(1) 协调器:协调器负责启动整个网络,是整个网络最重要的一个设备,没有协调器, 网络中的其它设备都不能正常工作,因此它也是整个网络的第一个设备。协调器 会先选择一个信道和一个网络 ID(Personal Area Network ID,PAN ID),随后启动 整个网络。根据 ZigBee 网络的特性,一旦这些工作全部完成之后,协调器的主要 工作也就告一段落,接下来它的作用便与路由器相似。 

(2) 路由器:路由器的功能主要是允许其他设备加入网络,多跳路由以及协助自身与 由电池供电的终端设备进行通信。通常路由器要一直处于活动状态,因此它一般 不使用电池作为供电电源。 

(3) 终端设备:终端设备对于组网以及维持网络没有任何作用,主要负责的是收集信 息。它即可以保持睡眠状态,也可以保持唤醒状态。 

2。2ZigBee 技术的特点

ZigBee 是一种无线连接,一般工作在 3 个频段上: 

868MHz 传输速率为 20Kbps,适用于欧洲。 

915MHz 传输速率为 40Kbps,适用于美国。 

2。4GHz 传输速率为 250Kbps,全球通用。 作为一种无线通信技术,ZigBee 具有如下特点: 

(1) 低功耗: ZigBee 网络的传输速率低,不仅如此,对于部分不需要一直运行的节 点设备还可以采取休眠模式,这使得 ZigBee 设备在使用过程中可以十分节能。 据估算,使用两节 5 号电池就可以使用 ZigBee 设备最少 6 个月,最长甚至 2 年 左右的时间,这使得别的无线设备根本不能与之相比。 

(2) 成本低:ZigBee 是种十分简洁的通信协议,它的大小不到蓝牙的十分之一,因此 对通信控制器的要求不高。据分析,若采用 8051 的 8 位微控制器,运行一个路 由器或协调器节点,它只需要 32KB 大小的代码量,对于子节点来说,代码量更 少,大致 4KB。另外,由于 ZigBee 是项免专利的协议,任何人在使用它时都不 需要交任何专利费,这极大地降低了使用成本。 

(3) 时延短:一般来说,ZigBee 设备从初始化到搜索再到运行,全部的时延之和不超 过 1 秒。相比较而言,蓝牙需要 3-10 秒,WiFi 需要 3 秒。从中可以看出,ZigBee 时延短的优势十分明显。 文献综述

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