基于ZIGBEE技术的无线网络应用研究

胡德清 王 健 周 雨

（四川信息职业技术学院电子工程系 四川 广元 628017）

基于ZIGBEE技术的无线网络应用研究

胡德清 王 健 周 雨

（四川信息职业技术学院电子工程系 四川 广元 628017）

zigbee作为低成本,低功耗的近距离无线组网通讯技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。

zigbee；无线网络；物联网；定位服务；IEEE802.15.4

在蓝牙技术的使用过程中，人们发现尽管蓝牙技术有很多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组织规模太小等。而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，ZigBee协议在2003年中通过后，2004年问世了。

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层 (TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。ZigBee译为“紫蜂”，它与蓝牙相类似，是一种新型的短距离无线通讯技术，用于传感控制应用（sensor and control）。蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。

1.什么是ZigBee

ZigBee是一种介于无线和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离技术连接，它依据80.2.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感只需要很少的能量，以接力的方式通过无线点播将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。

随着无线通信技术的日渐成熟，21世纪正在从互联网时代进入无线互联时代。新兴的无线通信技术，例如Wi-Fi，蓝牙，超声波，ZigBee等，在物联网领域和“无线城市”的方方面面得到广泛应用。ZigBee以其低功耗，成本小，网络容量大，响应快等优越性在无线电通信领域迅速兴起，并且这种技术适合承载数据流量较小的业务，这些都使得ZigBee越来越受人们的青睐。基于ZigBee无线网络的定位服务在资产跟踪阶段，社区安防，物流管理，人员紧急救护等领域显示了广泛的应用前景。

2.ZigBee的技术特点

ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：

(1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。

(2) 成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

(4) 网络容量大： 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

(6) 安全： ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证， 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

3.ZigBee可以应用在哪些方面

ZigBee技术目标就是正对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化，农业自动化和医疗护理等。例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。

通常符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用ZigBee技术做无线传输：

➢ 需要数据采集或监控的网点多；

➢ 需求传输的数据量不大，而要求设备成本低；

➢ 要求数据传输可性高，安全性高；

➢ 设备体积很小，不方便放置较大的充电电池或者电源模块；

➢ 电池供电；

➢ 地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；

➢ 现有移动网络的覆盖盲区；

➢ 使用现存移动网络进行低数据流量传输的遥测遥控系统；

➢ 使用GPS效果差，或者成本太高的局部区域移送目标的定位应用。

4. ZigBee的发展前景

随着我国物联网正进入发展的快车道，ZigBee也正逐步被国内越来越多的用户接受，国内已不少人开始关注ZigBee这门新技术，而且也有不少单位开始涉足ZigBee技术的开发工作。然而，由于ZigBee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而要深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套队伍，本身就不是一件容易的事情，因而到目前为止，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将ZigBee技术开发成产品，并成功的用于解决几个问题而外，尚未见到其他报道。

ZigBee并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。ZigBee联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50 个ZigBee器件，最后将达到每个家庭150个。据估计，到2007年，ZigBee市场价值将达到数亿美元。

4.结束语

ZigBee技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界反应最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。在不久的将来zigbee技术都将是飞速发展的时期。

[1]实现无线嵌入式网络[N]网络世界 2004.

[2]吕晓峰 无线传感器的网络技术应用分析[J]价值工程2011.

[3]原羿，苏鸿根，基于zigbee技术的无线网络应用研究，计算机应用与软件 2004.

The research of the wireless network based on ZIGBEE technology applications

HU De-qing, Wang Jian, Zhou Yu . Sichuan Institute of InformationTechnology, Sichuan Province, Guangyuan 628017, China

ZIGBEE as a low cost, low power consumption of wireless network communication technology, from close range due to convenient for the user to provide wireless data transmission function, so in the field of Internet of things has the very strong applicability.

ZIGBEE; Wireless network; The Internet of things; Location-based services; IEEE802.15.4

TN711.3

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1009-5624-（2016）03-0017-03