ZigBee技术简介

摘 要 本文对ZigBee技术进行了简要介绍，从传输频率、功耗、传输距离和传输速率等方面将ZigBee技术与其他的主要无线通信技术进行了比较，分析了ZigBee技术的优势，以及ZigBee技术的协议架构。

关键词 ZigBee 传输频率 功耗 传输距离

近些年来无线通信技术得到了飞速发展，目前主要的无线通信技术包括ZigBee、红外、蓝牙和Wi-Fi等。其中红外技术是发展时间比较长的传统无线通信技术之一，具有成本低廉、方便操作和易于实现等特点，但红外容易在传播过程中被障碍物遮挡，并且红外技术只能进行单点连接，不能多点组网；蓝牙技术目前的应用比较广泛，市面上常见蓝牙耳机、鼠标等产品，但是由于蓝牙技术的协议比较复杂，能耗又相对较高，使得蓝牙技术的发展受到了极大的限制；Wi-Fi技术凭借其传输速度快，稳定性高的特点近些年备受关注，但该技术也具有能耗大，成本高，保密性能不好等缺点；ZigBee技术是基于IEEE802.15.4无线标准进行研发的一种短距离、低功耗、低数据传输速率、低复杂度、低成本的p向无线通信技术，ZigBee技术的经济、高效、可靠等特点使得该技术在无线通信技术领域的应用前景极为广阔。ZigBee、红外、蓝牙、Wi-Fi、移动网络技术的特性比较如表1所示。

1 ZigBee技术简介

ZigBee技术是一种近年来兴起的的短距离、低速率、低功耗的双向无线通信技术。ZigBee的名字来源于蜜蜂，当蜜蜂发现食物后，会通过跳“Z”字形的舞蹈来向同伴传递食物位置和方向等信息。由于蜜蜂体积小，所需能量小，能传输信息等特点与该技术特点相吻合，所以人们将该技术命名为ZigBee。

ZigBee技术的特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。

2 ZigBee技术的特点

2.1低功耗

ZigBee技术的传输速率低，传输数据量小，信号收发时间短，并且在非工作状态下处于自动休眠模式，所以ZigBee节点的功耗非常低。由于电池种类、网络容量和应用场合等条件的不同，电池的使用时间也不相同，通常情况下ZigBee节点在两节5号干电池供电的情况下可工作6个月到2年，而使用碱性电池则可以工作数年，对于某些长时间处于休眠模式的工作，电池寿命甚至可以超过10年。

2.2高可靠度

ZigBee技术在媒体接入控制层（MAC层）采用了talk-when-ready碰撞避免机制，这是一种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，如果没有收到确认信息则再传一次。同时为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了数据发送时的竞争和冲突，有效地提高了系统信息传输的可靠性。

2.3大网络容量

单个ZigBee网络中最多可同时搭载255个设备，包括一个主设备（Master）和254个从设备（Slave），并且在同一地点最多可以有100个ZigBee网络同时工作。如果使用Network Coordinator可使整个ZigBee网络同时搭载65000个节点，而且Network Coordinator相互之间可以进行连接，这样将使网络中同时存在数量极多的传感器节点。比如ZigBee2006版的协议栈就能够容纳3万多个节点。

2.4低成本

ZigBee技术的协议栈设计简练，所以研发和生产成本相对较低，并且ZigBee协议是免专利费的，ZigBee模块的初始成本大约在6美元左右，而且一直在降低，很快可以降到0.25至1.5美元左右。

2.5高安全性

ZigBee技术提供了基于循环冗余码校验（CRC）的数据完整性检查和鉴权功能，并采用AES-128加密算法，各应用可以灵活的确定其安全属性，使得网络安全性得到了较高的保证。

2.6短时延

ZigBee技术对通信时延以及系统唤醒时延等问题也做出了处理。系统唤醒时延一般为15ms，网络搭建时延一般为30ms，移动设备加入网络时延为15ms。

3 ZigBee协议架构

为了使不同种类的ZigBee设备能够在同一个无线网络中协同工作，我们必须首先对节点间的通信规则进行定义，也就是规定ZigBee协议栈。ZigBee技术最为重要的核心就是ZigBee/802.15.4C51源代码，这些源代码长达几万行，它们与ZigBee无线单片机的内核相互配合来进行收发及校验数据包、路由计算和网络拓扑控制等任务。目前已经有TI、Freescale、Microchip等多家公司着手于研发基于本公司的ZigBee芯片的协议栈。ZigBee协议架构主要由物理层（PHY）、媒体接入控制层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，其体系结构通常是由层来量化各个简化标准的，每一层除完成规定任务外还要向上层提供服务。

参考文献

[1] 白乐强，王玉涛.基于非均匀分簇机制的ZigBee混合路由算法[J].计算机应用，2016，36（1）：81-86.

[2] 植宇，潘理虎，杨晓梅，卜创利.基于ZigBee技术的孤立点入网算法研究[J].计算机应用研究，2016，33（1）：189-193.