作者：電子科技大學 林煒 吳健

    摘 要：zigbee是專為低速率傳感器和控制網絡設計的無線網絡協議。本文介紹了基于ieee 802.15.4的無線網絡協議zigbee的主要特征和應用領域，并且根據其特點，利用單片機和chipcon公司的cc2420實現了基于zigbee的無線網絡應用。

    關鍵詞：ieee 802.15.4 無線網絡協議 zigbee cc2420

    zigbee是為低速率控制網絡設計的標準無線網絡協議。zigbee協議的一些應用包括建筑自動化網絡、建筑安防系統、工業控制網絡、遠程抄表以及pc外設。與其他無線協議相比，zigbee無線協議提供了低復雜性、縮減的資源要求，最重要的是它提供了一組標準的規范，并提供了三個工作頻帶，以及一些網絡配置和可選的安全功能。

    1 zigbee協議概述

    1.1 ieee 802.15.4

    zigbee協議使用ieee 802.15.4規范作為介質訪問層（mac）和物理層（phy）。ieee 802.15.4總共定義了3個頻帶：2.4ghz、915mhz和868mhz。每個頻帶提供固定數量的信道。例如，2.4ghz頻帶有16個信道（信道11－26）、915mhz頻帶提供10個信道（信道1－10）而868mhz頻帶提供1個信道（信道0）。

    協議的比特率由所選擇的工作頻率決定。2.4ghz頻帶提供的數據速率為250kpbs，915mhz頻帶提供的數據速率為20kbps。由于數據包開銷和處理延遲，實際的數據吞吐量會小于規定的比特率。

    ieee 802.15.4 mac數據包的最大長度為127字節。每個數據包都由頭字節和16位crc值組成。16位crc值驗證幀的完整性。此外，ieee 802.15.4還可以選擇使用應答數據傳輸機制。使用這種方法，所有特殊ack標志位置1的幀均會被它們的接收器應答。這就可以確定幀實際上已經被傳遞了。如果發送幀的時候置位了ack 標志位而且在一定的超時期限內沒有收到應答，發送器將重復進行固定次數的發送，如仍無應答就宣布發生錯誤。注意接收到應答僅僅表示幀被mac層正確接收，而不表示幀被正確處理，這是非常重要的。接收節點的mac 層可能正確地接收并應答了一個幀，但是由于缺乏處理資源，該幀可能被上層丟棄。因此，很多上層和應用程序要求其他的應答響應。

    1.2 網絡配置

    zigbee無線網絡可采用多種類型的配置。

    星型網絡配置由一個協調器節點（主設備）和一個或多個終端設備（從設備）組成。協調器是實現了一組很多zigbee服務的一種特殊的全功能設備（ffd）。終端設備可能是ffd或簡化功能設備（rfd）。rfd是最小而且最簡單的zigbee節點。它只實現了一組最小的zigbee服務。在星型網絡中，所有的終端設備都只與協調器通信。如果某個終端設備需要傳輸數據到另一個終端設備，它會把數據發送給協調器，然后協調器依次將數據轉發到目標接收器終端設備。星型拓撲結構如圖1所示。

    圖1 星型網絡拓撲結構

    群集網絡配置也是zigbee使用的一種網絡配置結構。在群集網絡中，終端設備既可以選擇和協調器通信，也可以和路由器（router）通信。路由器有兩個功能：一是增加網絡中的節點數量，二是擴大網絡的物理范圍。有了路由器后，終端設備就不必安裝在協調器的有效射頻范圍內。群集網絡結構如圖2所示。

    圖2 群集網絡拓撲結構

    和任何網絡一樣，zigbee網絡也是多點接入網絡，這意味著網絡中的所有節點對通信介質的訪問是同等的。有兩種類型的多點接入機制。在沒有使能信標的網絡中，只有信道是空閑的，在任何時候都允許所有節點發送。在使能了信標的網絡中，僅允許節點在預定義的時隙內進行發送。協調器會定期以一個標知為信標幀的超級幀開始發送，并且希望網絡中的所有節點與此幀