zigbee協議比藍牙、高速率pan(個人局域網)或者ieee802.11x無線局域網更加簡單實用。

　　1、ieee802.15.4標準和zigbee技術

　　ieee的無線pan工作組制定的ieee802.15.4技術標準是zigbee技術的基礎，目的是為低能耗的簡單設備提供有效覆蓋范圍在10m左右的低速連接。

　　1.1ieee802.15.4協議架構及其技術特點

　　ieee802.15.4滿足iso(國際標準化組織)osi(開放系統互連)參考模式。它定義了單一的mac(媒體訪問控制)層和多樣的物理層，如圖1所示。

　　ieee802.15.4的mac層能支持多種llc標準，通過sscs(業務相關的會聚子層)協議承載ieee802.2類型1的llc標準，同時允許其他llc標準直接使用ieee802.15.4的mac層服務。

　　ieee802.15.4定義了2.4ghz物理層和868／915mhz物理層2個標準，它們都基于dsss(直接序列擴頻)，使用相同的物理層數據包格式，區別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。915／868mhz頻段是基于差分編碼的bpsk(二進制相移鍵控)，2.4ghz頻段采用十六進制正交調制。2.4chz頻段共有16個不同的信道為全球統一的無需申請的ism(工業、科學、醫療)頻段，采用高階調制技術能提供250kbit／s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更省電。868mhz是歐洲的ism頻段，只有1個信道，915mhz是美國的ism頻段，有10個信道，引入這2個頻段避免了2.4ghz附近各種無線通信設備的相互干擾。868mhz傳輸速率為20kbit／s，916mhz傳輸速率為40kbit／s。這2個頻段上無線信號傳播損耗較小，因此可降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋給定的區域。

　　1.2zigbee技術

　　zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。相對于現有的各種無線通信技術，zigbee技術將是最低功耗和成本的技術。

　　zigbee協議套件由高層應用規范、應用會聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成，如圖2所示。

　　a)物理層：遵循ieee802.15.4協議，是協議的最底層，承擔著與外界直接作用的任務，控制rf收發器工作，采用擴頻通信，信號傳輸距離為室內50m，室外150m。

　　b)mac層：遵循ieee802.15.4協議，負責設備間無線數據鏈路的建立、維護和結束，確認模式的數據傳送和接收，可選時隙，實現低延遲傳輸，支持各種網絡拓撲結構，網絡中每個設備為16位地址尋址。

　　c)網絡層：建立新的網絡，處理節點的進入和離開網絡，根據網絡類型設置節點的協議堆棧，使網絡協調器對節點分配地址，保證節點之間的同步，提供網絡的路由，保證數據的完整性，使用可選的aes-128對通信加密。

　　d)應用層：應用支持層維持器件的功能屬性，發現該器件工作空間中其他器件的工作，根據服務和需求使多個器件之間進行通信，根據具體應用由用戶開發。

　　2、zigbee的網絡結構

　　zigbee支持星形網、對等網和混合網3種網絡拓撲結構。圖3是混合型zigbee組網。每種網絡都有各自的優點。星形網以一個功能強大的主器件作為網絡的中心，負責協調全網的工作，其他的主器件或從器件分布在其覆蓋范圍內。這種網絡的控制和同步都比較簡單，適用于設備數量比較少的場合。對等網又分為點對點和簇樹形2種，是由主器件連接而成的。這種網絡能提供更高的可靠性。星形網和對等網相結合形成了混合網，各子網內部以星形連接，主器件又以對等方式相連。這種網絡適用于對網絡要求最復雜的情況。一般在現實的應用環境中，混合型具有更大的實用性。

　　在無線傳感器網中的節點是由軟件層和硬件層共同配合來實現功能的。在應用zigbee芯片建立無線傳感器網時，zigbee芯片硬件內置物理層和mac層的一部分功能，其他高層由外而的mpu解決，通過對mpu的寫入，來實現zigbee的高層協議。圖4為節點內部結構圖。

　　節點應用部分裝置根據監控的不同位置(比如溫度、聲音、振動、壓力、運動或瀉染物)起不同的作用。通常這些裝置很小、很便宜，可以大量制造和部署，因此它們的資源(能源、存儲、計算速度和帶寬)嚴重受限。每個節點都具備一個無線電收發器、一個很小的微控制器和一個能源(通常為電池)。這些裝置互相幫助，將數據傳輸到一臺監控計算機。

　　由于大部分的節點只需要有數據傳輸的功能，不需要有控制能力，zigbee技術將節點從器件上分為3類(見圖3)：

　　a)rfd(簡化功能器件)。rfd內存小，功耗低，在網絡中作為源節點，只發送與接收信號，并不起轉發器／路由器的作用。

　　b)ffd(全功能器件)。在網絡中，ffd是具有轉發與路由能力的節點，擁有足夠的存儲空間來存放路由信息，并且處理控制能力也相應得增強。

　　c)網絡主機或網關。zigbee還支持第3種節點，即網絡主機或網關