ZigBee技术及应用

韩啸

摘要：该文介绍了ZigBee技术特点及其优势，分析说明了ZigBee协议栈及ZigBee自组织网络通信方式， 最后展望了ZigBee技术的应用前景。

关键词：ZigBee；协议栈；传感网；无线个域网

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）22-5180-02

1 概述

传感网络通信发展所经历的几个阶段和对应的模式分别是：

1） 自动控制：计算机+智能器件；

2） 传感网：网络+传感器；

3） ZigBee：网络+传感器+通信协议，是一种无线个域网。

多信道的无线通信装置+微控制器，集成在芯片上封装。具体就是8位微处理器与射频收发模块封装，接上电阻、电容、晶振，加上A/D、D/A、I/O接口和控制电路，（也有把这些器件都封装在一起的），再加上相应的无线通信（协议栈）和开发的应用软件。这实际上是一种智能控制节点，也就是无线传感器的网络节点[1]。WPAN技术有3种主要公开的标准，即蓝牙、WiMedia与ZigBee [2]。此3种WPAN标准分别相当于IEEE 802.15.1、IEEE 802.15.3a与IEEE 802.15.4。目前蓝牙标准主要应用于短距离无线语音传输；WiMedia主要应用方向为短距离无线多媒体传输；而ZigBee较适用于低耗电与低数据量的的短距离无线传输。（IEEE，即Institute of Electrical and Electronics Engineers ，电气和电子工程师协会）

2 ZigBee协议栈

ZigBee协议栈的体系结构模型如下表1所示[3]。

ZigBee无线网络的实现，是建立在ZigBee协议栈的基础上的，协议栈采用分层的结构协议分层的目的是为了使各层相对独立，每一层都提供一些服务，服务由协议定义，程序员只需关心与他的工作直接相关的那些层的协议，它们向高层提供服务，并由低层提供服务。在ZigBee协议栈中，PHY、MAC层位于最低层，且与硬件相关；NWK、APS， APL层以及安全层建立在PHY和MAC层之上，并且完全与硬件无关。分层的结构脉络清晰、一目了然，给设计和调试带来极大的方便。ZigBee自组织网络通信方式，指的就是动态路由。ZigBee网络层主要支持两种路由算法[4]：树路由和网状网路由。树路由把整个网络看作是以协调器为根的一棵树，而协调器的子节点可以是路由器和末端节点。

由于ZigBee技术特点，它具有的技术优势有：低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全、免执照频段。

3 ZigBee技术的应用前景

1） 在工业领域：使得数据的自动采集、分析和处理变得更容易。

2） 在精确农业：农业将可以逐渐转向以信息和软件为中心的生产模式。

3） 在家庭和楼宇自动化领域：未来的家庭将会有50～100个支持ZigBee的芯片被安装在电灯开关、烟火检测器、抄表系统、无线报警、安保系统、厨房器械中，为实现远程控制服务。

4） 在医学领域：将借助于各种传感器和ZigBee网络，正确而且实时地监测病人的血压、体温和心跳速度等信息。

ZigBee技术的应用除了以上，还有很多方面，比如智能交通、智能建筑、电信、现代物流、消费和家用自动化等等。

4 结束语

ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。它在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值。

参考文献：

[1] 王小强等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012（6）：142-158.

[2] 暴建民等.物联网技术与应用导论[M].北京：人民邮电出版社，2011（10）：78-94.

[3] 吕治安.ZigBee网络原理与应用开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008（2）：168-175.

[4] 钟永峰等.ZigBee无线传感器网络[M].北京：北京邮电大学出版社，2011（3）：126-132.