zigbee调研报告

ZigBee 简介

摘要

由于是初学者，本文知对ZigBee技术进行简要的介绍。包括ZigBee协议，ZigBee 联盟的简要介绍，ZigBee协议栈结构的概览，ZigBee的应用简介及几个应用实例，ZigBee芯片（CC2530和MRF24J40）简介，设计调试平台IAR简介。

关键词

ZigBee协议ZigBee联盟ZigBee协议栈ZigBee应用ZigBee芯片设计调试平台IAR

正文

一ZigBee协议

无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议(包括MAC层、路由、网络层、应用层等)，传统的无线协议很难适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，这种情况下，ZigBee协议应运而生。ZigBee的基础是IEEE 802.15.4，但IEEE 仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和APL进行了标准化。

ZigBee协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。

二ZigBee 联盟

Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“Zig Bee 联盟”，以研发名为“Zig B ee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。

ZigBee联盟是一个高速增长的非牟利业界组织，成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、代工生产商以及最终使用者。成员正制定一个基于IEEE802.15.4的可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。

目前超过150多家家成员公司正积极进行ZigBee规格的制定工作。当中包括7位推广委员，半导体生产商、无线技术供应商及代工生产商。7位推广委员分别为：Honeywell，Invensys，Mitsubishi，Freescale，Philips，Samsung, Chipcom, Ember。

ZigBee联盟的主要目标是以透过加入无线网络功能，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产片。ZigBee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球民用、商用、公用及工业用等市场。生产商终于可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种产品。

在2011年6月14日召开的“2011中关村物联网与ZigBee产业发展国际论坛”上，中关村管委会委员张茂盛与ZigBee联盟主席鲍勃海利博士共同为“ZigBee联盟中关村办公室”揭牌。作为在中国开展物联网产业技术交流与合作的平台，ZigBee联盟中关村办公室将于2011年下半年开始正式运作。

三ZigBee协议栈结构及几个常用的ZigBee协议栈

1.ZigBee协议栈结构

1.1.协议栈结构图

ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。下图给了这些组件的概况。

ZigBee协议栈结构概览

1.280

2.15.4 物理层（PHY层）

物理层由半双工的无线收发器及其接口组成，PHY层定义了无线射频应该具备的特征，它支持二种不同的射频信号，分别位于2.5GMHz波段和868/915MHz波段。2.5GMHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868/915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。目前，几乎全世界都能使用2.5GHZ频段。

1.380

2.15.4 媒体访问控制子层（MAC层）

MAC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。其主要任务是实现传输媒体的共享，提高通信的有效性。

1.4网络层（NKW）

网络层利用MAC层可靠的数据通信，提供路由，多跳转发能力，实现和维护星形，树簇形或网格形网络。对于一些简单的节点而言，其功能只不过是加入或离开一个网络而已。而路由器则需要完成信息的转发，发现邻居，构造到某节点的路由任务。

1.5应用层（APL）

应用层由三个部分组成，应用支持子层（APS）、ZDO（包含ZDO管理平台）和制造商定义的应用对象。

APS的任务是将网络信息转发到运行在节点上的不同应用端点，包括维护一个绑定表，在被绑定的设备之间传送信息等。绑定表将设备按它们能够提供的服务和需要的服务匹配起来。

应用对象（Application Object）是运行在端点的应用软件它具体实现节点的应用功能。

ZigBee中的应用框架是为驻扎在ZigBee设备中的应用对象提供活动的环境。最多可以定义240个相对独立的应用程序对象，且任何一个对象的端点编号都是从1到240。此外还有两个附加的终端节点，为了APSDE-SAP的使用：端点号0固定用于ZDO 数据接口；另外一个端点255固定用于所有应用对象广播数据的数据接口功能。端点241-254保留（留给未来扩展使用）。

1.6 小结

每个ZigBee设备都与一个特定模板有关，可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。

设备是由模板定义的，并以应用对象(Application Objects)的形式实现，每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分，它们都是器件中可寻址的组件从应用角度看，通信的本质就是端点到端点的连接。端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器，在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。下图就是设备及其接口的一个例子：

接口结构图