基于ZigBee的无线网络技术及其应用
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:563
关键词：IEEE802.15.4 ZigBee 短距离无线网络 IPV6
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体介入控制层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。它是ZigBee应用屋和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4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。
一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的种种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
1 IEEE802.15.4和ZigBee介绍
IEEE无线个人区域网（PAN）工作组的IEEE802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础。802.15.4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10米左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。传感器网络是其主要市场对象。
1.1 802.15.4协议架构及其技术特点
IEEE802.15.4满足国际标准组织（ISO）开放系统互连（OSI）参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层（如图1所示）。
IEEE802.185.4的MAC层能支持多种LLC标准，通过SSCS（Service-Specific Convergence Sublayer，业务相关的会聚子层）协议承载IEEE802.2类型一的LLC标准，同时允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4的MAC层服务。表1列出了IEEE802.15.4的LLC层和MAC层主要功能。
表1 IEEE802.15.4的LLC层和MAC层主要功能
| LLC子层的主要功能 | IEEE802.15.4的MAC协议主要功能： |
| 传输可靠性保障和控制 | 设备间无线链路的建立、维护和结束 |
| 数据包的分段与重组 | 确认模式的帧传送与接收 |
| 数据包的顺序传输 | 信道接入控制 |
| 帧校验 | |
| 预留时隙管理 | |
| 广播信息管理 |
IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915GHz物理层。它们都基于DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbps的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz是欧洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段，这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s，916MHz是40 kb/s。这两
关键词：IEEE802.15.4 ZigBee 短距离无线网络 IPV6
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体介入控制层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。它是ZigBee应用屋和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4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。
一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的种种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
1 IEEE802.15.4和ZigBee介绍
IEEE无线个人区域网（PAN）工作组的IEEE802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础。802.15.4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10米左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。传感器网络是其主要市场对象。
1.1 802.15.4协议架构及其技术特点
IEEE802.15.4满足国际标准组织（ISO）开放系统互连（OSI）参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层（如图1所示）。
IEEE802.185.4的MAC层能支持多种LLC标准，通过SSCS（Service-Specific Convergence Sublayer，业务相关的会聚子层）协议承载IEEE802.2类型一的LLC标准，同时允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4的MAC层服务。表1列出了IEEE802.15.4的LLC层和MAC层主要功能。
表1 IEEE802.15.4的LLC层和MAC层主要功能
| LLC子层的主要功能 | IEEE802.15.4的MAC协议主要功能： |
| 传输可靠性保障和控制 | 设备间无线链路的建立、维护和结束 |
| 数据包的分段与重组 | 确认模式的帧传送与接收 |
| 数据包的顺序传输 | 信道接入控制 |
| 帧校验 | |
| 预留时隙管理 | |
| 广播信息管理 |
IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915GHz物理层。它们都基于DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频），使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbps的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz是欧洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段，这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s，916MHz是40 kb/s。这两
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