Zigbee技术特点：组网工程与技术

长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通信市场一直存在着。自从Blue-tooth出现以后，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Blue-tooth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IEEE 802.15.4小组，负责制定Zigbee的物理层和媒体介质访问层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（＜250kbit/s）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。Zigbee是一种短距离、低速率无线网络通信技术，不依赖现有通信网络和现有电力网络的无线网络。

Zigbee技术采用直接序列扩频（DSSS）的方式进行无线信号的收发，其工作频率为2.4GHz波段和868/915MHz波段。2.4GHz波段射频支持25kbit/s的数据速率和16个不同的信道。在868/915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbit/s的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbit/s的信道。Zigbee技术的无线网络连接功能非常丰富和强大。Zigbee技术的物理层、媒体存取控制层（Media Access Control，MAC）和链路层采用了IEEE802.15.4（无线个人区域网）协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用会聚层和高层应用规范（API）由Zigbee联盟进行了制定，整个协议架构如图6-11所示。

在网络层方面，Zigbee联盟制定Zigbee可具备支持星状、树状及网状3种网络架构。Zigbee依托于一个个独立的工作节点，每个节点的功能不尽相同。大部分节点为子节点，只具有部分网络功能，这些节点称为精简功能设备（Re-duced-Function Device，RFD）；而其余的一些节点，负责与所控制的子节点进行通信，汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称为全功能设备（Full-Function Device，FFD，也称为协调器）。相较于FFD，RFD电路简单且内存较小。FFD节点具备控制器（Controller）的功能，可提供数据交换，而RFD则只能与FFD传输数据。

图6-11 Zigbee协议栈架构

Zigbee的主要技术特点如下。(www.xing528.com)

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，在相同条件下，蓝牙能工作数天，Wi-Fi仅能工作数小时。

2）低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙协议的1/10），降低了对通信控制器的要求，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32kb代码，子功能节点只需4kb代码。

3）低速率。Zigbee工作速率为20～250kbit/s，分别提供250kbit/s（2.4GHz）、40kbit/s（915MHz）和20kbit/s（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

4）网络容量大。Zigbee可采用星状、树状及网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，一个主节点最多可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，可组成多达65000个节点的大网。

5）安全性能高。Zigbee提供了3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，可灵活确定其安全属性。