zigbee无线通信技术

NLME-SAP 网络层管理 实体 MLME-SAP
网络层管理实体提供如下服务： ◆配置一个新的设备； ◆初始化一个网络； ◆连接和断开网络； ◆路由发现； ◆邻居设备发现； ◆接受控制。 网络层数据实体提供如下服务： ◆生产网络层协议数据单元（NPDU）； ◆指定拓扑传输路由。
其他部件功能
应用汇集层：把不同的应用映射到 zigbee网络。 应用层功能：除了提供一些必要的 函数以及为网络层提供合适的服务接口 外，应用者还可以在这一层定义自己的 应用对象。
图8 zigbee网络示意图
Zigbee终端 Zigbee路由接点 Zigbee协调者
Zigbee特点突出，主要有一下几个方面： ◆低功耗 ◆低成本 ◆低速率 ◆近距离（10~100m） ◆短时延 ◆高容量 ◆高安全
K=1,2,3, …,10 906+2(k-1) K=11,12,13, …,26 2401+5(k-11)
图2 频率和信道分布
868MHz/915MHz 物理层
通道0
通道1~10
868.3MHz
902.0MHz
928.0MHz
2.4GHz物理层
通道11~26
2.4GHz
2.483 5GHz
在2.4GHz的物理层，数据传输速率为 250kb/s,数据传送速率精度为±4× 接受灵 敏度为-85dBm或更高。最小抗干扰水平是临 近信道抗干扰水平是0dB，交替信道抗干扰 水平是30dB。采用的是16相位正交调制技术。 在915MHz的物理层，数据传输速率为 40kb/s, 接受灵敏度为-92dBm或更高。最小抗 -92dBm 干扰水平是临近信道抗干扰水平是0dB，交 替信道抗干扰水平是30dB。采用的是二进制 移相键控的直序列扩频技术。 在868MHz的物理层，数据传输速率为 20kb/s。
2004年,ZigBee V1.0诞生。它是zigbee 的第一个规范。但由于推出仓促，存在 一些错误。 2006年， 推出ZigBee 2006，比较完 善. 2007年底，ZigBee PRO推出 ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4。 物理层PHY和媒体接入控制层MAC直接 引用了IEEE 802.15.4
二、zigbee的协议标准 二、zigbee的协议标准
Zigbee是近距离通信的产物，属于个人区 域网络PAN和无线个人区域网络WPAN 在IEEE 802.15工作组内有四个任务组 （1）任务组TG1制定的IEEE 802.15.1标准（蓝 牙）这是一个中等速度，近距离的WPAN， 用于手机等短距离的通信。 （2）任务组TG2制定的IEEE 802.15.2标准，主 要研究IEEE 802.15.1和IEEE 902.11（无线局域 网络标准WLAN）的共存问题。
MHR（MAC层帧头）
MAC载 荷
MFR
帧控制域指明了MAC帧的类型，地址域的 格式及是否需要接收方确认等控制信息。帧序 号域包含了发送方对帧的顺序编号，用于匹配 确认。地址域采用的寻址方式可以是64位IEEE MAC地址或8位的zigbee网络地址。FCS用于接 收方判断该数据是否正确。
四、网络层
物理层通过射频固件和射频硬件提供了 一个从MAC层到物理层的无线信道接口。 图3 zigbee物理层结构模型
数据服务 接入点
物理层
物理层管理实 体-接入点
物理层管理实体
物理层个域网 络基本信息
物理层数据服务-接入点
图4 物理层数据包格式
4字节 字节 前同步码 1字节 字节 帧定界符 1字节 字节 帧长度（7位）预留位（1位） 物理层包头 变量 PSDU 物理层净荷
同步包头
同步包头用于获取符号、扩频码、帧同 步。也有助于粗略的频率调整。 物理层包头指示的是净电荷部分的长度。 物理层净电荷部分含有MAC层数据包， 净荷部分最大程度不超过127字节。
MAC层工作机制 MAC层工作机制
IEEE 802系列把数据链路层分成LLC和 MAC两个子层。MAC与LLC的接口中用于管 理 目的的原语仅有26条，相对于蓝牙131条 和32个事件而言，MAC的复杂度很低，降低 了功耗和成本。 MAC层在服务协议汇聚层和物理层之间 提供一个接口图5是MAC层的参考模型。
Zigbee使用的无线信道由表1确定，频率和信道 分布如图2所示。从图中可以看出zigbee使用了3个频 段定义了27个物理信道。 表1 zigbee无线信道组成
信道编号
K=0 中心频率 /MHz 868.3 2 5 信道间隔 /MHz 频率上限 /MHz 868.6 928.0 2483.5 频率下限 /MHz 868.0 902.0 2400.0
一、ZigBee的起源 一、ZigBee的起源
ZigBee 在中国被译为“紫蜂”,它与蓝牙相 类似，是一种新兴的短距离无线技术，主要 用于传感控制应用。 由于蓝牙技术对工业，家庭自动化控制 和工业遥测遥控领域而言，显得太复杂，功 耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自 动化，对无线数据通信的需求越来越强烈， 而且，对于工业现场，这种无线数据传输必 须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电 磁干扰。因此，经过人们长期努力，ZigBee 协议在2003年正式问世。
图1 zigbee协议框架 应用层1 …… 应用汇聚层 网络层 IEEE 802.2逻辑 链路控制类型 业务汇聚特定子层 其他逻辑 链路控制 标准 应用层N
IEEE 802.15.4介质访问控制 2.4GHz物 理层 868MHz/915MHz 物理层
PHY层和 层和MAC层工作机制 三、PHY层和MAC层工作机制
（3）任务组TG3制定的IEEE 802.15.3标准，研 究高传输速度无线个人区域网络标准，主要 追求的是传输速率和服务品质，主要对于在 多媒体的应用。 （4）任务组TG4制定的IEEE 802.15.4标准，针 对低速无线个人区域网络LR-WPAN制定的标 准。该标准把低能量消耗，低速率传输低成 本作为重点目标。 下图1是zigbee协议框架：
ZigBee
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、 低功耗、低速率、低成本的双向近距离 无线组网通讯技术。 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。
一、ZigBee的起源 的起源 二、 ZigBee的协议标准 的协议标准 层和MAC层工作机制 三、PHY层和 层和 层工作机制 四、网络层 五、 ZigBee技术的特点 技术的特点
图5 MAC层参考模型 MAC层参考模型
MAC公共部分子 层-服务接入点
MAC层管理实 体-服务接入点
MAC管理实体
MAC公共部分子层
MAC层个域网 信息库 物理层管理实体服务接入点
物理层数据服 务接入点
图6 MAC层数据包格式
2字节 字节 帧控制 1字节 字节 序列号 0/2字 字 节 目的 PAN 标示符 0/2/8字 0/2字 字 字 节 节 目的地 址 源 PAN 标示符 0/2/8字 可变 字 节 源地址 帧载荷 2字节 字节 FCS
网络层的基本功能： ◆网络维护； ◆网络层数据的发送和接受； ◆路由的选择以及广播通信 网络层参考模型 网络层的主要功能是提供一些必要的函 数，确保zigbee的MAC层正常工作。并为应 用层提供合适的服务接口。
图7 网络层参考模型
上层实体
NLDE-SAP 网络层数据 实体 MCPS-SAP
MAC层Baidu Nhomakorabea体
ZigBee技术的特点 五、ZigBee技术的特点
Zigbee是由多达65000个无线数传模块组 成的无线数传网络平台，整个网络范围之间 他们可以相互通信。 Zigbee主要为自动化控制数据传输而建 立，每一个zigbee网络节点不仅本身可以与键 控对象连接直接进行数据采集和监控，还可 以自动中转其他网络节点传过来的数据资料。 除此之外每个zigbee网络节点（FFD）还可以 在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网 络信息中转任务的孤立子节点（RFD）无线 连接