ZigBee短距离无线通信网络组网技术研究(5)
与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s,当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m,并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展ZigBee的应用。
与IrDA相比，ZigBee有大的网络容量，每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。有效范围小。有效覆盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。原文位置 工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段。根据ZigBee联盟目前的设想，ZigBee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、 VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。
与Wi-Fi相比，ZigBee低功耗和低成本有非常大的优势，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
3 Zigbee网络结构简介
利用ZigBee技术组建的是一种低数据传输速率的无线个域网（LR-WPAN）。网络的基本成员称为“设备（Device）”。网络中的设备按照功能的不同分为两类：具有完整功能的全功能设备FFD和只具有部分功能的精简功能设备RFD。其中RFD功能非常简单，可以用最低端的MCU实现，在网络里只能作为不需要发送大量数据的终端设备，只能和某一个特定FFD进行通信。比如它可以使家庭里的一直红外传感器或照明开关，也可以使生产车间里的一只压力传感器。而FFD可以作为个域网的主协调器、协调器，也可以作为终端设备使用。在一个网络里至少需要一个主协调器[11]。
在有些覆盖范围较大的场合，可以组建树簇形ZigBee网络，通过路由器实现多跳的数据传输，作为路由器的必须是FFD。
3.1 ZigBee网络体系结构
ZigBee网络中存在两种功能类型的设备，三种节点类型，三种拓扑结构及两种工作模式[9]。按照ISO的OSI模型，ZigBee网络分位四层，从下向上分别为物理层（PHL）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL），如图3.1所示即为ZigBee网络的协议栈结构图。
图3.1 ZigBee协议栈结构图
IEEE802．15．4．2003标准定义了较低的两层：物理层(PHY)和媒体接入控制子层(MAC)，ZigBee联盟定义了网络层(NWK)和应用层结构。ZigBee应用层包括应用支持子层(APS)，ZigBee设备对象(ZDO)和制造商定义的应用对象。
物理层（PHY层）[10]由半双工的无线收发器及其接口组成，定义了无线射频应该具备的特征，提供了868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2400MHz-2483.5MHz三种不同的频段，分别支持20kbps、40kbps和250kbps的传输速率，1个、10个以及16个不同的信道。ZigBee的传输距离与输出功率和环境参数有关，一般为10～100米之间。PHY层提供两种服务：PHY层数据服务和PHY层管理服务，PHY层数据服务是通过无线信道发送和接收物理层协议数据单元(PPDU)，PHY层的特性是激活和关闭无线收发嚣、能量检测、链路质量指示、空闲信道评估、通过物理媒介接收和发送分组数据。
媒体访问控制子层（MAC层）提供节点自身和与其相邻的节点之间可靠的数据传输链路[11]。其主要任务是实现传输媒体的共享，提高通信的有效性。MAC层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务，MAC层数据服务通过物理层数据服务发送和接收MAC层协议数据单元(MPDU)。MAC层的主要功能是：进行信标管理、信道接入、保证时隙(GTS)管理、帧确认应答帧传送、连接和断开连接。