ZIGBEE技术简介（二）ZigBee技术的主要特点1.低速率数据传输速率只有20—250kb/s，分别提供250kb/s(2.4GHz)，40kb/s(915MHz)和20kb/s(868MHZ)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。2.低功耗在低耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6—24个月，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。3.低成本因为ZIGBEE数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且ZIGBEE协议免收专利费。ZIGBEE网络节点模块一般在1000元以下，而主要使用的网络子节点的价格可降到100元以下。4.网络容量大ZIGBEE网络可由一个节点管理若干子节点，最多一个节点可以管理254个子节点。同时该节点还可由上一层网络节点管理。可组成65536个节点的大型网络。5.时延短ZIGBEE的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需要30ms，进一步节约了能源。相对而言，Bluetooth需要3—10s，Wi—Fi需要3s。6.安全性高ZIGBEE提供了三级安全模式，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（AES-128）的对称密码，以灵活确定其安全性。Zigbee协议框架完整的Zigbee协议框架由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由Zigbee联盟制定，IEEE负责物理层和链路层标准。如图1所示。图1ZigBee协议框架应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到Zigbee网络上，具体而言包括：●安全与鉴权；●多个业务数据流的会聚；●设备发现；●业务发现。网络层将主要考虑采用基于adhoc技术的网络协议，应包含以下功能：●通用的网络层功能：拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，包含了寻址、路由和安全；●同IEEE802.15.4标准一样，非常省电；●有自组织、自维护功能，以最大程度减少消费者的开支和维护成本。在网络层方面，ZigBee联盟制订可以采用星形和网状拓扑，也允许两者的组合，称为丛集树状。根据节点的不同角色，可分为全功能设备（Full-FunctionDevice；FFD）与精简功能设备（Reduced-FunctionDevice；RFD）。相较于FFD，RFD的电路较为简单且存储体容量较小。FFD的节点具备控制器（Controller）的功能，能够提供数据交换，而RFD则只能传送数据给FFD或从FFD接收数据。如图2所示。图2ZigBee无线网络的拓扑结构IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC（LogicalLinkControl，逻辑链路控制）和MAC（MediaAccessControl，媒介接入控制）两个子层。LLC子层在IEEE802.6标准中定义，为802标准系列共用；而MAC子层协议则依赖于各自的物理层。IEEE802.15.4的MAC层能支持多种LLC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，同时也允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4的MAC层的服务。LLC子层的主要功能包括：●传输可靠性保障和控制；●数据包的分段与重组；●数据包的顺序传输。IEEE802.15.4的MAC协议包括以下功能：●设备间无线链路的建立、维护和结束；●确认模式的帧传送与接收；●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。两个物理层都基于DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，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250kb/s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附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s，916MHz是40kb/s。由于这两个频段上无线信号传播损耗较小，因此可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。