基于ZigBee的短距离无线通信网络技术

PC外设：无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等;

工业控制：利用传感器和ZigBee网络使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易;

医疗设备控制：医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等;

交互式玩具。

三、ZigBee协议栈

ZigBee协议栈结构(图1)是基于标准OSI七层模型的，包括高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体接入层和物理层。

图1 ZigBee协议栈

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。两者均基于直接序列扩频(DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS) 技术。868MHz只有一个信道，传输速率为20kb/s;902MHz～928MHZ频段有10个信道，信道间隔为2MHz，传输速率为40kb/s。以上这两个频段都采用BPSK调制。2.4GHz～2.4835 GHz频段有16个信道，信道间隔为5MHz，能够提供250kb/s的传输速率，采用O-QPSK调制。为了提高传输数据的可靠性，IEEE 802.15.4定义的媒体接入控制(MAC)层采用了CSMA-CA和时隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手协议。应用汇聚层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，主要包括安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现和业务发现。

四、ZigBee网络配置

低数据速率的WPAN中包括两种无线设备：全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。其中，FFD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和 FFD通信，RFD之间是无法通信的。RFD的应用相对简单，例如在传感器网络中，它们只负责将采集的数据信息发送给它的协调点，并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。RFD占用资源少，需要的存储容量也小，成本比较低。

在一个ZigBee网络中，至少存在一个FFD充当整个网络的协调点，即PAN协调点，ZigBee中也称作ZigBee协调点。一个ZigBee 网络只有一个PAN协调点。通常，PAN协调点是一个特殊的FFD，它具有较强大的功能，是整个网络的主要控制者，它负责建立新的网络、发送网络信标、管理网络中的节点以及存储网络信息等。FFD和RFD都可以作为终端节点加入ZigBee网络。此外，普通FFD也可以在它的个人操作空间(POS)中充当协调点，但它仍然受PAN协调点的控制。ZigBee中每个协调点最多可连接255个节点，一个ZigBee网络最多可容纳65535个节点。五、ZigBee网络的拓扑结构

ZigBee网络的拓扑结构主要有三种，星型网、网状(mesh)网和混合网。

星型网(图2-a)是由一个PAN协调点和一个或多个终端节点组成的。PAN协调点必须是FFD，它负责发起建立和管理整个网络，其它的节点(终端节点)一般为RFD，分布在PAN协调点的覆盖范围内，直接与PAN协调点进行通信。星型网通常用于节点数量较少的场合。

Mesh网(图2-b)一般是由若干个FFD连接在一起形成，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信。Mesh网中，一般将发起建立网络的FFD节点作为PAN协调点。Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复”能力，它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，则存在另一条或多条路径可供选择。

图2 ZigBee拓扑结构