ZigBee技术简介以及特点概述

ZigBee概述

ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率和低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。因此非常适用于家用电器和小型电子设备的无线控制指令传输。

ZigBee技术采用DSSS（直接序列扩频）扩频技术， 使用的频段分为2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）和915IvIHz（美国），而且均为免收费的频段。通信距离从标准的75米到几百米、几千米，并且支持无限扩展。

ZigBee译为“紫蜂”，来源于蜜蜂的8字舞， 由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（ zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。简单来说，ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站，最多可达6.5万个。在整个网络范围内，每一个ZigB ee网络数据传输模块之间可以相互通信，每个网络模块间的距离可以从标准的75m无限扩展。简而言之，ZigBee就是一种经济、低功耗的近距离无线组网通信技术，弥补了低成本、低功耗和低速率的无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是其技术本身。

ZigBee网络定义了3种功能设备：网络协调器、网络路由器和网络终端设备，其中，网络协调器在ZigBee网络中可以作为汇聚模块。网络协调器必须是全功能设备（个人无线局域网中的无线设备之一），一个2igBee网络只有一个网络协调器，它往往比网络中其他模块的功能更强大，是整个网络的主控模块。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的模块以及存储网络中模块信息等，网络形成后也可以执行网络路由器的功能。ZigBee网络中每个协调点最多可连接255个模块，一个ZigBee网络最多可容纳65535个模块。网络协调器是3种功能设备中最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。

ZigBee技术在IEEE 802.15。4的推动下，不仅在工业、农业、军事、环境和医疗等传统领域取得了成功的应用，在未来其应用可能涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域，真正实现无处不在的网络。. ZigBee技术是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准，无线个人局域网工作组IEEE802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础， ZigBee技术建立在IEEE 802.15.4标准之上， IEEE 802.15.4只处理低级MAC层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。

到目前为止ZigBee技术主要是基于两个标准，一个是ZigBee联盟所制定的V1.0规范，另一个是IEEE 802.15.4工作组所制定的低速、近距离的无线个域网标准。V1.0规范是基于IEEE 802.15.4标准基础之上的，两个规范都满足OSI参考模型。

ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4， 即其物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE802.15.4的定义。磁EE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<25 0kbit/s）、工作在2.4GHz和868/915MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。它是ZigBee应用层和网络层协议囀垄側。ZigBeeHA协议是智能家居行业的统一标准。

ZigBee特点

LigUee仗术是一种无线连接技术， 传输速率分别是 250kbit/s （ 2.4GHz）、20kbit/s（868MHz）禾口40kbit/s （915MHz）。

作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点，

1）功耗低。ZigBee网络模块设备工作周期较短、传输数据量很小，且使用了休眠模式（当不需接收数据时处于休眠状态，需要接收数据时由“协调器”唤醒它们）。因此，ZigBee模块非常省电，两节5号干电池可支持1个模块工作6- 24个月，甚至更长。这是2igBee的突出优势。

2）成本低。-由于ZigBee协议栈设计非常简单，所以其研发和生产成本较低。普通网络模块硬件只需8位微处理器，4- 32KB的ROM，且软件实现也很简单。ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计能降到1.5- 2.5美元之间，且ZigBee协议是免专利费的，低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

3）可靠性高。ZigBee采用了CSMA/CA碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。所以从根本上保证了数据传输的可靠性。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

4）时延短。ZigBee技术与蓝牙技术的时延相比，其各项指标值都非常小。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，而蓝牙为3～10s。休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15rns。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

5）网络容量大。相比于蓝牙网络只支持7个从设备的连接，一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳一个主设备和254个从设备， 一个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络，这样，最多可组成65000个模块的大网，网络容量大，组网灵活。

6）安全性好。ZigBee提供了三级安全模式。第一级实际上是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据;对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施;第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（ AES）的对称密码，AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件，以灵活地确定其安全性。

7）有效范围小。ZigBee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。

8）兼容性好。ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（ CSMACA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。

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