“紫蜂”（ZigBee）通信技术分析

吕海燕+马旭光

摘 要：随着网络和通信技术的快速发展，人们对无线通信的要求越来越高。“紫蜂”（ZigBee）技术作为一种特殊的无线通信技术，具有技术标准统一、短距离、低速率等特点，能够广泛地运用在自动控制、远程监测以及当前最热门的物联网领域。文章具体分析了 “紫蜂”（ZigBee）通信技术。

关键词：紫蜂技术；技术特点；军事应用

1 “紫蜂”（ZigBee）技术简介

“紫蜂”是ZigBee的中文译名，是一种新兴的双向无线通信技术，具有短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本等优点，主要应用在自动控制和远程控制领域。ZigBee一词来源于蜜蜂的八字舞，当蜜蜂发现花粉位置时，蜜蜂（bee）会飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀，通过这种“舞蹈”与同伴传递信息，通报花粉所在方位，构成了蜂群的通信网络。也就是说，ZigBee就是一种低成本的、低功耗的近距离无线组网通信技术。它有统一的无线通信标准，在成百上千个微小的传感器之间协调一致达成通信。这些传感器只需要极少的能量，就能通过无线电波以接力的方式将数据相互传递，通信效率高。这些数据还可以通过其他通信技术远程传输或是进入计算机系统用于分析（见图1）。

ZigBee技术使用的频率：全球范围2.4GHz、欧洲868MHz、美国915MHz。其定义了全功能设备（FFD，full functional device）和简化功能设备（RFD，reduced functional device）。其中，FFD是具有路由与中继功能的网络节点，可作为协调器与路由器使用，RFD只能作为终端节点使用。每个FFD能根据网络路由协议优化最短和最可靠的路径，如果其中一个FFD失去了路由或断网，则另一个邻近的FFD将快速替代。因此，ZigBee具有发达的动态拓扑结构和自维护功能。其拓扑结构主要有：星型网、树型网和网状网。

2 “紫蜂”（ZigBee）技术的特点

与其他无线通信技术相比，ZigBee无线网络特点有：

低功耗。2节AA电池可支持1个ZigBee节点待机工作6～24个月，甚至可以持续更长时间。

低速率。可分别提供250千比特/秒（2.4GHz）、40千比特/秒（915MHz）和20千比特/秒（868MHz）的数据传输速率，满足低速率传输数据的应用需求。

低成本。由于其通信协议相比传统通信协议大大简化，降低了对通信控制器的要求，其开发成本较低。

近距离。相邻节点之间传输距离在10～100米之间，增加射频发射功率可以增大到1～3千米。如果通过路由和节点间的通信接力，传输距离将达到更远。

短时延。响应速率较快，只需15毫秒即可从睡眠待机转入工作状态，节点连接进入网络只需30毫秒。

高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，1个主节点最多可管理254个子节点，主节点还可由上一层的网络节点管理，最多可组成包括6.5万个通信节点的大型网络。

高安全性。ZigBee提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制列表防止非法获取数据以及采用高级加密标准的对称密码，可以合理确定其安全属性。

3 “紫蜂”（ZigBee）技术的军事应用

基于上述特点，ZigBee无线通信技术在军事领域具有极高的应用价值，不仅为部队的日常勤务和作战行动带来极大便利，甚至有可能导致作战方式的变革。

一是无线传感器网络。无线传感器网络是由大量低成本、具有传感数据处理和无线通信能力的传感器节点，通过自组织方法形成的网络。未来信息化战场通过布设大量的传感器来收集和传输战场信息，经过处理后再把重要的信息送到各数据融合中心，从而形成战场的全维态势图。ZigBee则是无线传感器网络中一种不可或缺的通信技术。美军提出的“灵巧传感器网络”概念中，就是应用ZigBee技术来实现信息的传输。

二是战场监控。基于ZigBee的低复杂度特点，利用红外探测、视频监控、振动、压力、磁和声光感应器等与ZigBee技术结合，可以组成一种极低成本的战场监控系统，在战场环境周围形成声、光、磁、红外和振动感应的立体全方位监控网。通过无线方式，将监视信息汇集并传递到中心监控站，通过ZigBee具有的多路由功能，保证了监控网络具备很高的可靠性和抗破坏能力。

三是军事侦察机器人。利用ZigBee模块为核心的无线控制技术，可以监控和控制各种电子设备，甚至可以控制军事侦察机器人，这种控制功能可以提供多种传输速率和距离选择，控制距离可达100米到40千米，传输速率可以从几千比特/秒到1.5兆比特/秒。美军在阿富汗山区使用的侦察机器人就是利用ZigBee技术实现控制的。

四是军用物资仓储和物流管理。ZigBee模块使用在军用仓库中，具备温度、湿度和光线强度传感器功能，能够持续监控仓库内部的环境温湿度和光线强度，并将监控实时信息及时上传网络控制中心，再由控制中心将处理过的信息以命令形式发送给相应的控制设备，从而实现温度、湿度和光线强度的自动调节。如果将ZigBee与射频识别技术进行结合，就可以有效地掌握军用物资的存储和运输状态，提高物流管理能力。

五是单兵综合作战系统。将ZigBee模块与生物传感器结合使用，可以将单兵的生命体征数据收集并传送到单兵所携带的穿戴式计算机，计算机将这些数据进行处理后，通过卫星通信系统传送到指挥中心，指挥员就可以实时掌握部队的战斗力状态。如果与其他传感器结合，还可以对敌方核、生、化沾染情况和其他侦察数据进行采集、处理，并发送到指挥中心。

此外，ZigBee技术还可用于指挥所内部自动控制、区域人员定位、重要人员看护和重要作战平台状态监控等领域。

Analysis on ZigBee Communication Technology

Lv Haiyan， Ma Xuguang

（Academy of National Defense Information， Wuhan 430010， China）

Abstract： With the rapid development of network and communication technology，people more and more high to the requirement of wireless communication. ZigBee communication technology as a kind of a unified technical standard of short distance，low rate of wireless communication technology，can be widely used in automatic control，remote monitoring，as well as the current most popular field of Internet of things.

Key words： ZigBee communication technology； technology characteristics； military application