ZigBee参考知识

ZigBee无线网络技术物联网关键技术成都无线龙通讯科技有限公司2010-11无线通信频谱波段名称波长范围(m)频段名称频率范围(HZ)超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波1,000,000~10,00010,000~1,0001,000~100100~~1010~11~0.10.1~0.010.01~0.001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3~30K30~300K300~3,000K3~30M30~300M300~3,000M3~30G30~300GISM频段各国的无线管理部门也规定了某些频带不需许可就可以使用（只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可），以满足不同的需要。这些频带通常包括ISM(Industrial、ScientificandMedical工业、医疗、科学)频带。各国的无线电管理不尽相同。在美国可用的免许可证的频带包括：27MHz、260MHz至470MHz、902MHz至928MHz和最常用的2.4GHz频带。ISM频道在欧洲所分配到的频率为433MHz、868MHz和2.4GHZ。中国目前可以使用的ISM频率是：433MHZ和2.4GHZ。ISM频段除了ISM频带以外，在中国整个低于135kHz，在北美、南美和日本低于400kHz，也都是可以使用的免费频段。各国对无线频谱资源的管理，不仅规定了相关的ISM开放频道的频率，同时也严格规定了在这些频率上所使用的发射功率，在实际使用这些频率时，需要查阅各国无线频谱管理机构的不同的具体技术要求。无线网络就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的信息(数据)传输网络，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线。ZigBeeZigBee是一种短距离、低速率、低功耗的无线网络技术，主要由ZigBee联盟制定，其底层是采用IEEE802.15.4标准规范的MAC与PHY层。ZigBee与802.15.4PHY868MHz/915MHz/2.4GHzMACNetworkStar/Mesh/Cluster-TreeSecurity32-/64-/128-bitencryptionApplicationAPIZigBeeAllianceIEEE802.15.4“thesoftware”Network,Security&ApplicationlayersBrandmanagementIEEE802.15.4“thehardware”Physical&MediaAccessControllayers802.15.4和ZigBee区别ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。IEEE802.15.4是IEEE确定的低速率，无线个域网（personalareanetwork）标准。这个标准定义了“物理层”（physicallayer）和“媒体控制层”（mediumaccesslayer）。物理层（PHY)规范确定了在2.4G赫兹以250kbps的基准传输率工作的低功耗展频无线电。（另有一些以更低数据传播率工作的915兆赫兹和868兆赫兹的实体层规范，但它们不太流行）。媒体控制层（MAC）规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道。介质存取层支持几种架构，包括星状拓扑结构（一个节点作为网络协调点，类似于802.11的接入点），树状拓扑结构（一些节点依次经过另一些节点才到达网络协调点）和网状拓扑结构（无须主协调点，各个节点之间分享路由职责）。但是仅仅定义实体层和介质访问层并不足以保证不同的设备之间可以对话。于是便有了ZigBee联盟。ZigBee从802.15.4标准开始着手，目前正在定义允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要。例如，ZigBee“灯纲要”会确定相关的所有协议，因此你从A公司买的ZigBee灯开关会和B公司的灯正常工作。ZigBee联盟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“ZigBee联盟”，以研发名为“ZigBee”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。到目前为止，除了Invensys、Ember、三菱电子、摩托罗拉、TI(德州仪器)、飞思卡尔和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有200多家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和InvensysMeteringSystems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。所有这些公司都参加了负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802.15.4工作组。802相关规范无线技术101001,00010,000101001,00010,000100,000速率kbpsGSM802.11a/gGPRSEDGE20002003-42005Bluetooth3GHiperLAN/2Bluetooth2.0距离（米）802.11bZigBeeWiMediaBluetooth1.5什么是协议栈在网络中，为了完成通信，必须使用多层上的多种协议。这些协议按照层次顺序组合在一起，构成了协议栈(ProtocolStack)。协议栈是指网络中各层协议的总和，一套协议的规范。其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。使用最广泛的是英特网协议栈，由上到下的协议分别是：应用层（HTTP，TELNET，DNS，EMAIL等），运输层（TCP，UDP），网络层（IP），链路层（WI-FI，以太网，令牌环，FDDI等）ZigBee协议栈ZigBee协议栈ZigBee协议栈ZigBee协议栈结构由一组被称作层的模块组成。每一层为上面的层执行一组特定的服务：数据实体提供了数据传输服务，管理实体提供了所有其它的服务。每个服务实体通过一个服务接入点（SAP）为上层提供一个接口，每个SAP支持多种服务原语来实现要求的功能。ZigBee协议栈ZigBee协议栈是基于标准的开放式系统互联（OSI）七层模型，但是仅定义了那些相关实现预期市场空间功能的层。IEEE802.15.4-2003标准定义了两个较低层：物理层（PHY）和媒体访问控制子层（MAC）。ZigBee联盟在此基础上建立了网络层（NWK）和应用层构架。应用层构架由应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象组成。ZigBee协议栈IEEE802.15.4-2003有两个PHY层，这两个PHY层运行在两个不同的频率范围：868/915MHz和2.4GHz。较低频率的PHY层覆盖了欧洲868MHz频带和915MHz，使用的国家如美国和澳大利亚。较高频率的PHY层几乎在世界各地使用。信道检测和选择；三种状态间的快速切换。IEEE802.15.4-2003MAC子层使用CSMA-CA(载波侦听多路访问/冲突检测)机制来控制无线电信道的访问。其职责也可能包括传输信标帧，同步和提供一个可靠的传输机制。ZigBee协议栈ZigBee的NWK层的职责应该包括的采用机制：加入和离开一个网络为帧运用安全功能为到预定目的地的帧寻找路由发现和维护设备之间的路由发现单跳的邻居存储相关的邻居信息ZigBee协议栈ZigBee应用层包括APS、应用程序框架（AF）、ZDO和制造商定义的应用对象。APS子层的职责包括：维护绑定表，定义为能够同时根据其服务和需求匹配两个设备在绑定设备之间传输信息ZDO的职责包括：定义网络中设备的角色（例如，ZigBee协调器或终端设备）发起和/或响应绑定请求在网络设备之间建立一个安全的关系ZDO还负责发现网络上的设备，并决定它们提供哪种应用服务。ZigBee技术特点低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时。低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。ZigBee技术特点低速率。ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～5km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。ZigBee技术特点短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10s、Wi-Fi需要3s。高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点。同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。ZigBee技术特点高安全。ZigBee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。ZigBee相关术语Zigbee协议栈的版本：ZigBee1.0或ZigBee2004ZigBee2006ZigBee2007/ZigBeeProZigbee协议中的三种设备类型：ZigBee协调器(ZC)：初始化并建立一个PAN网络（选择信道和PANID）ZigBee路由器(ZR)：加入一个存在的网络，可以加入一个协调器或路由器，然后允许其他设备加入它，在网络中路有数据信息。ZigBee终端节点(ZED)：加入一个存在的网络，可以加入一个协调器或路由器ZigBee相关术语地址类型IEEEAddress：也叫物理地址，64位地址，在所有ZigBee设备之中是唯一的。NWKAddress：即网络地址，16位地址，当设备加入ZigBee网络时，从允许其加入的父设备上获取16位网络地址。该地址在ZigBee网络中唯一，用于数据传输和数据包路由。数据传送方式单点传送（Unicast）多点传送（multicast）广播传送（broadcast）地址模式间接寻址模式16位地址模式组地址模式广播模式typedefenum{afAddrNotPresent=AddrNotPresent,afAddr16Bit=Addr16Bit,afAddrGroup=AddrGroup,afAddrBroadcast=AddrBroadcast}afAddrMode_t;注：在协议栈Profile目录下，af.h中定义ZigBee相关术语信道（通道）及信道（通道）选择设置IEEE802.15.4/ZigBee在ISM频段定义了两个工作频段，即2.4GHz频段和868/915MHz频段。共分配了27个信道：在2.4GHz频段有16个信道（信道号：11-26），在915MHz频段有10个信道（信道号：1-10），在868MHz频段有1个信道（信道号：0），。注：在协议栈Tools目录下，f8wConfig.cfg文件内进行信道设置-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B,使用第11个信道PANID:PANID其全称是Perso