ZigBee技术的拓扑结构的分析介绍

传感器的网络通信技术为物联网数据提供传送通道，现在物联网研究的重点是如何在现有网络上进行增强，适应物联网低数据率、低移动性业务需求。传感器的网络通信技术分为两类：广域网络通信和近距离通信。广域网络通信方面，互联网、卫星通信技术、2G/3G移动通信等实现了信息的远程传输。特别是以IPv6为核心的下一代互联网，为每个传感器分配IP地址提供可能，同时也作为基础网，为传感网的发展创造了良好的条件。近距离通信方面，以IEEE 802.15.4为代表的近距离通信技术为目前的主流技术，802.15.4规范正是IEEE制定的用于低速近距离通信的物理层和媒体介入控制层规范。目前，和传感网络相关的通信技术有蓝牙、IrDA（红外接口）、Wi-Fi、ZigBee、RFID、UWB、NFC、WirelessHART等。［17］

ZigBee是一种无线传输通信技术，它的特点是低功耗、短距离、低速率。由于蜜蜂之间使用Zig-Zag形状的舞蹈进行消息传递，展示出新发现食物的位置、距离和方向信息，因此人们用ZigBee来命名这种无线通信技术。ZigBee最早起源于由英特尔和IBM等公司发起的面向家庭网络的通信协议HomeRF Lite，然后在2002年由ZigBee联盟确定了该无线通信技术，它主要应用在检测和控制等民用、商用、军用及工业多个领域。ZigBee技术的特点包括：低功耗、成本低、低速率、时延短、高容量、工作可靠、高安全等。［13］

10.1.4.1　ZigBee技术的拓扑结构

ZigBee技术可以采用三种拓扑结构：星型、网状型和簇状型，如图10-4所示。其中网络中包含三种类型的设备：网络协调器、全功能设备和精简功能设备。其中一个全功能设备可以与多个精简功能设备或者多个全功能设备进行通信，但是一个精简功能设备只能与一个全功能设备通信。［13］

图10-4　ZigBee技术的拓扑结构

其中，网络协调器包含所有的网络信息，存储容量最大并且计算能力最强，是三种网络设备中最复杂的一种，它的作用是发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一堆节点间的路由信息并不断地接收信息。［13］

全功能设备担任网络协调者的身份，让其他的全功能设备或者精简功能设备进行连接，提供双向信息传输。全功能设备因为其有更多的存储器和强大的计算能力，可以在空闲时起网络路由器的作用，并且全功能设备还可以用作终端设备。［13］(www.xing528.com)

精简功能设备的作用是只能传送消息给全功能设备或者从全功能设备接收消息。精简功能设备在网络中可以用作终端设备，比较简单，省掉了内存和其他电路，成本比较低。［13］

在星型拓扑中，网络由一个网络协调器进行控制，在网状型和簇状型拓扑中，网络协调器负责启动网络并选择网络的关键参数。星型拓扑比较简单、常用并且适用于长期运行，网状型拓扑可靠性比较高，一般用于检测网络。［13］

10.1.4.2　ZigBee技术的路由策略

ZigBee是一种可靠的无线数据传输网络，按照自己的协议标准在多个节点之间进行可靠的数据通信。ZigBee是一种自组织的网络，它们会在一定的通信范围内，自动寻找然后连成一个局域网络，当网络内有成员发生变化，如有成员移出或者进入或者位置发生变化，网络能够实时地自动重组，组成新的网络关系。［13］

ZigBee采用的是可靠性比较高的动态路由，动态路由的特点体现在“动态”，也就是说一个节点到另外一个节点的通路不是固定的，而是在需要进行连接的时候，搜索当前可用的路由路径，分析它们的位置关系及空闲程度，选择一条合适的路径进行数据传输。传输完成后通路断开，下次需要进行连接时重新进行路由，相同节点间的路由路径可能会因为实际网络的情况不同而发生变化。动态路由确保了路由路径的可用性，进而保证了数据传输链路的可靠性及稳定性。［13］

10.1.4.3　ZigBee技术的应用

基于ZigBee技术的低功耗、低成本、短延时、高可靠性等特点，它已经被应用于智能交通进行无线定位；用于环境监测、水利水文监测；监测土壤湿度、pH值、降水量、气温等用来指导农耕作业；在医学上实时监测病人的血压、心率、体温等生理状况；用在工业上比如火警的监测和通知、照明系统的监测与控制。另外，在智能家电领域，ZigBee技术可以实现家庭内家电的自动化控制。比如在空调、冰箱、洗衣机、电灯等家电上安装ZigBee模块，用户可以实现对这些家电设备的远程控制，实现比较智能化的控制。比如实现用户接电话时自动关闭电视机、进入房门自动开启电视机、打开电视机后灯光自动变暗、远程开启家中的电饭煲进行做饭、远程调控空调的温度、设置为合理的温度、远程开启洗衣机使之在特定的时间自动洗衣服等智能化、自动化的控制功能。［13］