ZigBee Wireless Networks and Transceivers中文翻译 第一章 ZigBee基础

由于国内暂时还没有该文献的中文版本，而ZigBee Wireless Networks and Transceivers又是ZigBee界的葵花宝典，为了自己更好的学习，所以决定将比较多的蛋疼的时间拿出来做点有意义的事，虽然翻译水平不是很高，但是在翻译的过程中肯定能得到进步，最关键的就是检验自己的毅力，看看能否坚持。在这个过程中，如果还能帮到一些正在入门ZigBee的朋友那就更好了。废话不多说，开始

ZigBee Wireless Networks and Transceivers

ZigBee无线网络和收发器

1第一章ZigBee基础

本章主要介绍了短距离无线网络通信的ZigBee标准，本章的主要目的就是对ZigBee的基础特性进行一下简单的概述，包括它的网络拓扑、信道访问机制和每个协议层所扮演的角色，在后续章节中对本章所讨论的内容有详细的解释。

1.1 什么是ZigBee?

ZigBee是为低数据速率、短距离无线网络通信定义的一系列通信协议标准。基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ, 915MHZ和2.4Z频带。其最大数据速率是250Kbps. ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。

ZigBee的其中一个应用就是室内病人监控。例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析。

另一个ZigBee的应用例子就是大型楼宇结构安全的监控。在此应用中，一个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如加速度计），所有的这些传感器形成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。而传感器收集到的数据有助于加速和减少检测的花费。在第二章中还提供了一些其他ZigBee的应用例子。

ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件开发者到原始设备生产商、安装商。ZigBee联盟是2002年创立的

一个非盈利性组织，对每一个想加入的成员都开放。ZigBee标准采用IEEE 802.15.4标准作为其PHY层和MAC层协议。因此，遵循ZigBee的设备也同样遵循IEEE 802.15.4标准。

在家庭和工厂内使用无线通信来收集信息或执行既定控制任务的概念对人们来说并不陌生。第九章中回顾了几种短距离无线网络通信的标准，包括IEEE 802.11无线局域网（Wireless Local Area Network WLAN）和蓝牙（Bluetooth）.每个标准都有其在特定领域应用的优势，而ZigBee则主要是为低成本、低数据速率、超低功耗的无线网络应用开发的。

通过简化通信协议和降低数据速率，ZigBee标准有助于降低应用成本。和其他的标准例如IEEE 802.11相比，满足ZigBee和IEEE 802.15.4标准的最低需求相对轻松，这同时也降低了ZigBee收发器的应用复杂度和成本。

占空比是指设备活跃时的时间与总时间的比值。例如，若一个设备每分钟唤醒一次，工作60ms后继续休眠。那么它的占空比为0.001或0.1%。在许多ZigBee 应用中，为了保证电池能工作数年以上，设备的占空比都在1%以下。

1.2 ZigBee VS 蓝牙和IEEE 80

2.11

将ZigBee标准与蓝牙和IEEE802.11WLAN进行比较有助于我们理解ZigBee 与现有一些既定标准的区别（第九章进行了更深入的比较）。图1.1总结了这几个标准的一些基本特性。

IEEE 802.11是一个标准体系, 选择IEEE 802.11b是因为它工作在2.4GHZ 频带，与蓝牙和ZigBee相同。IEEE 802.11b是高数据速率（高达11Mbps），它的一个典型应用就是提供无线互联网连接。IEEE 802.11b的室内典型工作范围是30~100米。另一方面，蓝牙的数据速率偏低（低于3Mbps）,它的典型室内工作距离是2~10米。蓝牙一个比较流行的应用是无线头戴式耳机，它提供了一种在移动电话和耳机之间的通信方式。在这三种标准中，ZigBee具有最低的数据速率和复杂度，但却提供了最长的电池寿命。

ZigBee的超低数据速率意味着它不是无线互联网连接或者CD音质的无线耳机的最好选择，因为这些东西需要1Mbps以上的数据速率。然而，如果无线通信的目的是发送或接收简单的命令，或从传感器收集信息，例如温度、适度传感器等，那么ZigBee将会提供比蓝牙和IEEE 802.11b更有效、性价比更高的解决方案。

1.3 短距离无线网络分类

短距离无线网络通信方式被分成了两大类：无线局域网（WLAN）和无线个人局域网（WPAN）。

WLAN是有线局域网（LAN）如以特网（IEEE 802.3）的一个替代或扩展。WLAN设备可以被集成在有限LAN网络中，

并且一旦WLAN设备成为网络中的一部分，它将会受到与网络中其他有线设备同样的待遇。WLAN的目标就是将通信距离和数据速率最大化。

相比之下，WPAN不是为了替代任何现已存在的有限局域网而被开发的。WPAN的目的是为个人操作区域（Personal Operating Space POS）提供高效无线通信的方法，而不需要任何基础设施。POS是环绕一个无线设备的球型区域，半径为10米（33英尺）。

WPAN被划分为三类（见图1.2）：高速(HR)，中速(MR)，低速（LR）。一个HR-WPAN的例子就是数据速率为11~55Mbps的IEEE802.15.3，该高数据速率有助于照相机与附近的电视之间的实时无线视频传输。数据速率为1~3Mbps 的蓝牙是一个MR-WLAN的例子，它可以被用于无线耳机中高音质音频的传输。而最大通信数据速率问为250Kbps的ZigBee则被划分为了LR-WLAN。

1.4 ZigBee与IEEE 80

2.15.4标准的关系

常见的建立一个通信网络（有线或无线）的方式就是使用“网络层”的概念。在网络中每一层都负责特定的功能，正常情况下，每层仅向与它直接相邻的上层或下层发送数据或命令。图 1.3展示了ZigBee无线网络协议层的详细内容。ZigBee协议层是基于开放系统互连（OSI）基本相关模型。将一个网络协议划分