基于ZIGBEE技術的無線網絡應用研究

胡德清 王 健 周 雨

（四川信息職業技術學院電子工程系 四川 廣元 628017）

基于ZIGBEE技術的無線網絡應用研究

胡德清 王 健 周 雨

（四川信息職業技術學院電子工程系 四川 廣元 628017）

zigbee作為低成本,低功耗的近距離無線組網通訊技術，由于其網絡可以便捷的為用戶提供無線數據傳輸功能，因此在物聯網領域具有非常強的可應用性。

zigbee；無線網絡；物聯網；定位服務；IEEE802.15.4

在藍牙技術的使用過程中，人們發現盡管藍牙技術有很多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和遙控領域而言，藍牙技術顯得太復雜，功耗大，距離近，組織規模太小等。而工業自動化對無線通信的需求越來越強烈。正因此，經過人們長期努力，ZigBee協議在2003年中通過后，2004年問世了。

ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層 (TL)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定。ZigBee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網絡中設備的可分為協調器(Coordinator)、匯聚節點(Router)、傳感器節點(EndDevice)等三種角色。ZigBee譯為“紫蜂”，它與藍牙相類似，是一種新型的短距離無線通訊技術，用于傳感控制應用（sensor and control）。蜜蜂在發現花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術的命名。

1.什么是ZigBee

ZigBee是一種介于無線和藍牙之間的技術提案。主要用于近距離技術連接，它依據80.2.15.4標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感只需要很少的能量，以接力的方式通過無線點播將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。

隨著無線通信技術的日漸成熟，21世紀正在從互聯網時代進入無線互聯時代。新興的無線通信技術，例如Wi-Fi，藍牙，超聲波，ZigBee等，在物聯網領域和“無線城市”的方方面面得到廣泛應用。ZigBee以其低功耗，成本小，網絡容量大，響應快等優越性在無線電通信領域迅速興起，并且這種技術適合承載數據流量較小的業務，這些都使得ZigBee越來越受人們的青睞。基于ZigBee無線網絡的定位服務在資產跟蹤階段，社區安防，物流管理，人員緊急救護等領域顯示了廣泛的應用前景。

2.ZigBee的技術特點

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內,但可以繼續增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：

(1) 低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。

(2) 成本低: ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee協議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。

(4) 網絡容量大： 一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備， 一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡, 而且網絡組成靈活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

(6) 安全： ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。

3.ZigBee可以應用在哪些方面

ZigBee技術目標就是正對工業，家庭自動化，遙測遙控，汽車自動化，農業自動化和醫療護理等。例如燈光自動化控制，傳感器的無線數據采集和監控，油田，電力，礦山和物流管理等領域。另外它還可以對局部區域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。

通常符合如下條件之一的應用，就可以考慮采用ZigBee技術做無線傳輸：

? 需要數據采集或監控的網點多；

? 需求傳輸的數據量不大，而要求設備成本低；

? 要求數據傳輸可性高，安全性高；

? 設備體積很小，不方便放置較大的充電電池或者電源模塊；

? 電池供電；

? 地形復雜，監測點多，需要較大的網絡覆蓋；

? 現有移動網絡的覆蓋盲區；

? 使用現存移動網絡進行低數據流量傳輸的遙測遙控系統；

? 使用GPS效果差，或者成本太高的局部區域移送目標的定位應用。

4. ZigBee的發展前景

隨著我國物聯網正進入發展的快車道，ZigBee也正逐步被國內越來越多的用戶接受，國內已不少人開始關注ZigBee這門新技術，而且也有不少單位開始涉足ZigBee技術的開發工作。然而，由于ZigBee本身是一種新的系統集成技術，應用軟件的開發和網絡傳輸，射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起。因而要深入理解這個來自國外的新技術，再組織一個在這幾個方面都有豐富經驗的配套隊伍，本身就不是一件容易的事情，因而到目前為止，國內目前除了成都西谷曙光數字技術有限公司，真正將ZigBee技術開發成產品，并成功的用于解決幾個問題而外，尚未見到其他報道。

ZigBee并不是用來與藍牙或者其他已經存在的標準競爭，它的目標定位于現存的系統還不能滿足其需求的特定的市場，它有著廣闊的應用前景。ZigBee聯盟預言在未來的四到五年，每個家庭將擁有50 個ZigBee器件，最后將達到每個家庭150個。據估計，到2007年，ZigBee市場價值將達到數億美元。

4.結束語

ZigBee技術和RFID技術在2004年就被列為當今世界反應最快，市場前景最廣闊的十大最新技術中的兩個。在不久的將來zigbee技術都將是飛速發展的時期。

[1]實現無線嵌入式網絡[N]網絡世界 2004.

[2]呂曉峰 無線傳感器的網絡技術應用分析[J]價值工程2011.

[3]原羿，蘇鴻根，基于zigbee技術的無線網絡應用研究，計算機應用與軟件 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