八戒体育官方网站入口_2.4G无线技术--Zigbee浅谈

zigbee阐述　　ZigBee是什么？从字面上猜中看起来一种蜜蜂。因为ZigBee这个词由Zig和Bee两部分构成，Zig来源于英文单词zigzag，意思是回头之字形，bee英文是蜜蜂的意思，所以ZigBee就是跳跃着之字形舞蹈的蜜蜂。不过，ZigBee并非是一种蜜蜂，事实上，它与蓝牙类似于是一种新兴的短距离无线通信技术，国内也有人翻译成紫蜂。　　这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始想起，早在上世纪末，就早已有人在考虑到发展一种新的通信技术，用作传感掌控应用于（sensorandcontrol），这个点子后来在IEEE802.15工作组当中明确提出来，于是就正式成立了TG4工作组，并且制订了规范IEEE802.15.4。

但是IEEE802的规范只专心于底层，要超过产品的互操作和相容，还必须定义高层的规范，于是2002年ZigBeeAlliance正式成立，月有了ZigBee这个名词。两年之后，ZigBee的第一个规范ZigBeeV1.0问世，但这个规范发售的较为匆忙，不存在一些错误，并不简单。此后ZigBeeAlliance又经过两年的希望，发售了新的规范ZigBee2006，这是一个比较完善的规范。

据联盟近期的消息，今年年底将不会公布改版版本的规范ZigBee2007，这个版本减少了一些新的特性。　　Zigbee是一种新兴的短距离、较低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术议案。

它此前被称作HomeRFLite或FireFly无线技术，主要用作近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间互相协商构建通信。这些传感器只必须很低的功耗，以接力赛的方式通过无线电波将数据从一个传感器传遍另一个传感器，因此它们的通信效率十分低。

最后，这些数据就可以进入计算机用作分析或者被另外一种无线技术如WiMax搜集。　　从ZigBee的发展历史可以看见，它和IEEE802.15.4具有紧密的关系，事实上ZigBee的底层技术就是基于IEEE802.15.4的，因此有一种众说纷纭指出ZigBee和IEEE802.15.4是同一个东西，或者说ZigBee只是IEEE802.15.4的名字而已，只不过这是一种误会。

实质上ZigBee和IEEE802.15.4的关系，有点类似于WiMAX和IEEE802.16，Wi-Fi和IEEE802.11，Bluetooth和IEEE802.15.1。ZigBee可以看做是一个商标，也可以看做是一种技术，当把它看做一种技术的时候，它回应一种高层的技术，而物理层和MAC层必要提到IEEE802.15.4。事物是大大的发展变化的，特别是在是通信技术，可以想象将来的ZigBee有可能会用于IEEE802.15.4定义的底层，就跟蓝牙（Bluetooth）宣告下一代底层使用UWB技术一样，但是ZigBee这个商标以及高层的技术还不会之后保有。

　　ZigBee协议栈速读　　我们无法预料将来ZigBee不会基于怎样的底层技术，不得已从它现在的底层IEEE802.15.4开始理解，IEEE802.15.4还包括物理层和MAC层两部分。ZigBee工作在三种频带上，分别是用作欧洲的868MHz频带，用作美国的915MHz频带，以及全球通用的2.4GHz频带，但这三个频带的物理层并不相同，它们各自的信道比特率分别是0.6MHz，2MHz和5MHz，分别有1个，10个和16个信道。有所不同频带的扩频和调制方式也有所区别，虽然都用于了必要序列扩频（DSSS）的方式，但从比特到码片的转换方式有较为大的差异;调制方面都用于了调相技术，但868MHz和915MHz频段使用的是BPSK，而2.4GHz频段使用的是OQPSK。我们可以以2.4GHz频段为事例想到发射机基带部分的框图（如图1），可以看见物理层部分非常简单，而IEEE802.15.4芯片的较低价格正是归功于底层的非常简单性。

有可能我们不会担忧它的性能，但我们可以再行想到它和Bluetooth/IEEE802.15.1以及WiFi/IEEE802.11的性能较为（如图2），在某种程度比特信噪比的情况下，IEEE802.15.4要高于其他两者。必要序列扩频技术具备一定的抗干扰效果，同时在其他条件完全相同情况下传输距离要小于跳跃频技术。

在发射功率为0dBm的情况下，Bluetooth一般来说能有10m起到范围，而基于IEEE802.15.4的ZigBee在室内一般来说能超过30~50m起到距离，在室外如果障碍物较较少，甚至可以超过100m起到距离;同时调相技术的误码性能要高于调频和调幅技术。因此综合一起，IEEE802.15.4具备性能较为好的物理层。

另一方面，我们可以看见IEEE802.15.4的数据速率并不低，对于2.4GHz频段只有250kb/s，而868MHz频段只有20kb/s，915MHz频段只有40kb/s。因此我们几乎可以把它不属于较低速率的短距离无线通信技术。

　　　　图1IEEE802。15.4物理层2.4GHz频段发射机基带框图　　　　图2几种无线通信技术性能较为　　物理层的上面是MAC层，它的核心是信道终端技术，还包括时分复用GTS技术和随机终端信道技术CSMA/CA。不过ZigBee实质上并没对时分复用GTS技术展开涉及的反对，因此我们可以嗣后不考虑到它，而专心于CSMA/CA。

ZigBee/IEEE802.15.4的网络所有节点都工作在同一个信道上，因此如果附近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。为此MAC层使用了CSMA/CA的技术，非常简单来说，就是节点在发送数据之前再行监听信道，如果信道空闲则可以发送数据，否则就要展开随机的退却，即延后一段随机时间，然后再行展开监听，这个退却的时间是指数快速增长的，但有一个最大值，即如果上一次退却之后再度监听信道整天，则退却时间要减倍，这样做到的原因是如果多次监听信道都整天，有可能指出信道上的数据量大，因此让节点等候更好的时间，防止挤迫的监听。

通过这种信道终端技术，所有节点竞争分享同一个信道。在MAC层当中还规定了两种信道终端模式，一种是信标（beacon）模式，另一种所谓信标模式。信标模式当中规定了一种超强帧的格式，在超强帧的开始发送到信标帧，里面所含一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争终端时期，在这段时间内各节点以竞争方式终端信道，再行后面所谓竞争终端时期，节点使用时分复用的方式终端信道，然后所谓活跃时期，节点转入休眠状态，等候下一个超强帧周期的开始又发送到信标帧。

而非信标模式则较为灵活性，节点均以竞争方式终端信道，不必须周期性的发送到信标帧。似乎，在信标模式当中由于有了周期性的信标，整个网络的所有节点都能展开实时，但这种实时网络的规模会相当大。实质上，在ZigBee当中用得更加多的有可能所谓信标模式。

　　MAC层往上就归属于ZigBee确实定义的部分了，我们可以参见一下ZigBee的协议栈（图3）。底层技术，还包括物理层和MAC层由IEEE802.15.4制订，而高层的网络层、应用于反对子层（APS）、应用于框架（AF）、ZigBee设备对象（ZDO）和安全性组件（SSP），皆由ZigBeeAlliance所制订。　　　　图3ZigBee协议栈　　这些部分当中最下面的是网络层。

和其他技术一样，ZigBee网络层的主要功能是路由，路由算法是它的核心。目前ZigBee网络层主要反对两种路由算法树根路由和网状网路由。树根路由使用一种类似的算法，明确可以参照ZigBee的协议栈规范。它把整个网络看做是以协商器为根的一棵树，因为整个网络是由协商器所创建的，而协商器的子节点可以是路由器或者是末端节点，路由器的子节点也可以是路由器或者末端节点，而末端节点没子节点，相等于树根的叶子。

这种结构又样子蜂群的结构，协商器相等于蜂后，是唯一的，而路由器相等于雄蜂，数目不多，末端节点则相等于数量最少的工蜂。只不过有很多地方细心一想要，就可以找到ZigBee和蜂群的许多犹如之处。树根路由利用了一种类似的地址分配算法，用于四个参数深度、仅次于深度、仅次于子节点数和仅次于子路由器数来计算出来新的节点的地址，于是传输速率的时候根据地址就能计算出来出有路径，而路由只有两个方向向子节点发送到或者向父节点发送到。

树状路由不必须路由表，节省存储资源，但缺点是很不灵活性，浪费了大量的地址空间，并且路由效率较低，因此经常作为最后的路由方法，或者索性不必。ZigBee当中还有一种路由方法是网状网路由，这种方法实质上是AODV路由算法的一个修改版本，非常适合于低成本的无线自的组织网络的路由。它可以用作较大规模的网络，必须节点确保一个路由表，花费一定的存储资源，但往往能超过拟合的路由效率，而且用于灵活性。除了这两种路由方法，ZigBee当中还可以展开一家人表格路由，只不过一家人表格可以看做是类似的路由表，只不过只必须一跳跃就可以发送到目的节点。

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