第6章Zigbee网络技术.
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作和休眠进行配置，从而使得系统在不工作时可以关闭射 频部分，极大地降低了系统功耗，节约电池的能量。
7 2. 低成本
Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都
很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。 现有的Zigbee芯片一般成本较低，这对于一些需要布置大
量无线传感器网络节点的应用领域是很重要的。
CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE802.15.4/Zigbee协议，是世界上首个单芯片Zigbee解决
ห้องสมุดไป่ตู้
方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品：
CC2430-F32、CC2430-F64和CC2430-F128，它们的区别在 于内置闪存的容量不同，以及针对不同 IEEE802.15.4/Zigbee，应用的成本不同。
15 CC2430/CC2431在单个芯片上整合了Zigbee射频前端、
内存和微控制器。它内置1个8位8051内核，具有
32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转 换器ADC、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、
32 kHz晶振休眠模式定时器、上电复位电路和掉电检测电
1
第6章 Zigbee网络技术
6.1 Zigbee技术概述
6.2 应用系统组成
6.3 网络拓扑和协议栈结构
6.4 应用简介
小结
2 本章目标
理解Zigbee技术的特点。
掌握Zigbee应用系统的组成。 掌握Zigbee网络拓扑和协议栈结构。
了解Zigbee技术的应用。
3 学习导航
4
6.1 Zigbee技术概述
无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理 于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数
据速率、自组织网络等特点。Zigbee技术是为低速率传感
器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是适合无线传 感器网络的标准。
5 6.1.1 定义
Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、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(包括典型的周期性
数据、间歇性数据和低反应时间数据)的应用。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是Zigbee并不等于 IEEE802.15.4。由于IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协
议，因此Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化
设定。
6 6.1.2 特点
Zigbee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)
商定义的应用对象组成。
13
6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由
硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片
及Zigbee协议栈。
14 6.2.1 常见的Zigbee芯片
目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、CC253X系
列和MC1322X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。 1. CC243X系列
电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。
支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示 (RSSI/LQI)。
17 2. CC253X系列
CC253X系列的Zigbee芯片主要是CC2530/CC2531，它
们是CC2430/CC2431的升级，在性能上要比CC243X系列稳 定。CC253X系列芯片广泛使用于2.4G片上系统解决方案，
多址访问和冲突避免(CSMA/CA)的数据传输方法，并与确
认和数据检验等措施相结合，可保证数据的可靠传输。同 时为了提高灵活性和支持在资源匮乏的MCU上运行，
Zigbee支持三种安全模式。最高级安全模式采用属于高级
加密标准(AES)的对称密码和公开密钥，可以大大提高数据 传输的安全性。
9 5. 时延短
建立在基于IEEE802.15.4标准的协议之上。CC253X系列芯
片大致可以分为三个功能模块：CPU和内存相关的模块， 外设、时钟和电源管理相关模块，无线电相关的模块。
18 1) CPU和内存
CC253X系列芯片使用的8051CPU内核是一个单周期的
在无线通信中，时间的延迟也是重要的参数，Zigbee
针对时延作了优化，使通信时延和从休眠状态激活的时延 都非常短。
6. 灵活的网络拓扑结构
Zigbee支持星型、树型和网状型拓扑结构，既可以单 跳，也可以通过路由实现多跳的数据传输。
10 6.1.3 协议架构
按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下至上分别为
和915MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高250 kb/s、 20 kb/s和40 kb/s的传输速率，它的传输距离在10～75 m范
围内。Zigbee作为一种无线通信技术具有以下特点。
1. 低功耗 低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片有
多种电源管理模式，这些管理模式可以有效地对节点的工
路以及21个可编程I/O引脚。CC2430/CC2431芯片具有以下 特点：
16 高性能、低功耗的8051微控制器内核。
极高的灵敏度及抗干扰能力。
强大的DMA功能。 只需极少的外接元件。
电流消耗小(当微控制器内核运行在32 MHz时，RX为
27 mA，TX为25 mA)。 硬件支持避免冲突的载波侦听多路访问。
3. 大容量 Zigbee设备既可以使用64位IEEE地址，也可以使用指
配的16位短地址。在一个单独的Zigbee网络内，可以容纳
最多216个设备。
8 4. 可靠
由于无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网
络所没有的干扰和安全威胁。Zigbee在物理层和MAC层采 用IEEE802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波检测
物理层、MAC层、网络层和应用层。Zigbee网络协议架构 分层如图6-1所示。
11
图6-1 Zigbee网络协议架构分层
12 Zigbee的最低两层即物理层和MAC层，使用
IEEE802.15.4协议标准；而网络层和应用层由Zigbee联盟指
定。每一层向它的上层提供数据或管理服务。Zigbee的应 用层由应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和制造
7 2. 低成本
Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都
很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。 现有的Zigbee芯片一般成本较低，这对于一些需要布置大
量无线传感器网络节点的应用领域是很重要的。
CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE802.15.4/Zigbee协议，是世界上首个单芯片Zigbee解决
ห้องสมุดไป่ตู้
方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品：
CC2430-F32、CC2430-F64和CC2430-F128，它们的区别在 于内置闪存的容量不同，以及针对不同 IEEE802.15.4/Zigbee，应用的成本不同。
15 CC2430/CC2431在单个芯片上整合了Zigbee射频前端、
内存和微控制器。它内置1个8位8051内核，具有
32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转 换器ADC、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、
32 kHz晶振休眠模式定时器、上电复位电路和掉电检测电
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第6章 Zigbee网络技术
6.1 Zigbee技术概述
6.2 应用系统组成
6.3 网络拓扑和协议栈结构
6.4 应用简介
小结
2 本章目标
理解Zigbee技术的特点。
掌握Zigbee应用系统的组成。 掌握Zigbee网络拓扑和协议栈结构。
了解Zigbee技术的应用。
3 学习导航
4
6.1 Zigbee技术概述
无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理 于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数
据速率、自组织网络等特点。Zigbee技术是为低速率传感
器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是适合无线传 感器网络的标准。
5 6.1.1 定义
Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、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(包括典型的周期性
数据、间歇性数据和低反应时间数据)的应用。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是Zigbee并不等于 IEEE802.15.4。由于IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协
议，因此Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化
设定。
6 6.1.2 特点
Zigbee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)
商定义的应用对象组成。
13
6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由
硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片
及Zigbee协议栈。
14 6.2.1 常见的Zigbee芯片
目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、CC253X系
列和MC1322X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。 1. CC243X系列
电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。
支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示 (RSSI/LQI)。
17 2. CC253X系列
CC253X系列的Zigbee芯片主要是CC2530/CC2531，它
们是CC2430/CC2431的升级，在性能上要比CC243X系列稳 定。CC253X系列芯片广泛使用于2.4G片上系统解决方案，
多址访问和冲突避免(CSMA/CA)的数据传输方法，并与确
认和数据检验等措施相结合，可保证数据的可靠传输。同 时为了提高灵活性和支持在资源匮乏的MCU上运行，
Zigbee支持三种安全模式。最高级安全模式采用属于高级
加密标准(AES)的对称密码和公开密钥，可以大大提高数据 传输的安全性。
9 5. 时延短
建立在基于IEEE802.15.4标准的协议之上。CC253X系列芯
片大致可以分为三个功能模块：CPU和内存相关的模块， 外设、时钟和电源管理相关模块，无线电相关的模块。
18 1) CPU和内存
CC253X系列芯片使用的8051CPU内核是一个单周期的
在无线通信中，时间的延迟也是重要的参数，Zigbee
针对时延作了优化，使通信时延和从休眠状态激活的时延 都非常短。
6. 灵活的网络拓扑结构
Zigbee支持星型、树型和网状型拓扑结构，既可以单 跳，也可以通过路由实现多跳的数据传输。
10 6.1.3 协议架构
按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下至上分别为
和915MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高250 kb/s、 20 kb/s和40 kb/s的传输速率，它的传输距离在10～75 m范
围内。Zigbee作为一种无线通信技术具有以下特点。
1. 低功耗 低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片有
多种电源管理模式，这些管理模式可以有效地对节点的工
路以及21个可编程I/O引脚。CC2430/CC2431芯片具有以下 特点：
16 高性能、低功耗的8051微控制器内核。
极高的灵敏度及抗干扰能力。
强大的DMA功能。 只需极少的外接元件。
电流消耗小(当微控制器内核运行在32 MHz时，RX为
27 mA，TX为25 mA)。 硬件支持避免冲突的载波侦听多路访问。
3. 大容量 Zigbee设备既可以使用64位IEEE地址，也可以使用指
配的16位短地址。在一个单独的Zigbee网络内，可以容纳
最多216个设备。
8 4. 可靠
由于无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网
络所没有的干扰和安全威胁。Zigbee在物理层和MAC层采 用IEEE802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波检测
物理层、MAC层、网络层和应用层。Zigbee网络协议架构 分层如图6-1所示。
11
图6-1 Zigbee网络协议架构分层
12 Zigbee的最低两层即物理层和MAC层，使用
IEEE802.15.4协议标准；而网络层和应用层由Zigbee联盟指
定。每一层向它的上层提供数据或管理服务。Zigbee的应 用层由应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和制造