基于ZigBee技术的无线网络研究
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作者: 李长命
【 摘 要 】 ZigBee 技术是一种低成本、低功耗、低复杂度、低速率的近距离无线网络技术，ZigBee协议框架分为四层，包含多种网络设备类型，并具有诸多技术优势和广泛的应用领域。随着技术的完善和应用的普及, ZigBee技术已经渐渐融入到人类生产生活的各个角落，对人类科技进步起到巨大的推动作用。
【 关键词 】 ZigBee；协议框架；网络设备；技术优势
Research of Wireless Network based on ZigBee
Li Chang-ming
(National Institute of Metrology of Jiangsu Province JiangsuNanjing 210007)
【 Abstract 】 ZigBee technology is a wireless network technology with low-cost, low power, low complexity, low rate and short distance. ZigBee protocol framework is divided into four layers, and it contains a variety of network equipment type.ZigBee has many technical advantages and a wide range of applications areas. With the the improvement of technology and popularity of applications, ZigBee technology has been gradually integrated into every corner of human production and life, and it plays a significant role in promoting the progress of human technology.
【 Keywords 】 zigbee; frotocol framework; network device; technology advantage
0 引言
ZigBee名称起源于蜜蜂通过飞舞来实现与同伴之间的信息交互，ZigBee 技术是一种低成本、低功耗、低复杂度、低速率的近距离双向无线通信技术或无线网络技术。诸多国际知名半导体企业在2001年8月联合成立ZigBee联盟，截止到目前已经超过150多家芯片生产商、无线设备提供商及产品供应商加入了ZigBee联盟，如美国摩托罗拉公司、日本三菱电气公司、荷兰飞利浦半导体公司等。
1 ZigBee协议
IEEE 802.15.4工作组负责制定低速率无线个人局域网标准，定义了物理层协议和介质访问控制层协议。物理层协议规定了网络工作频段以及相应频段上的数据传输率；介质访问控制层协议规定了同一工作区域中的多个 IEEE 802.15.4信号共享空中信道的方式。ZigBee联盟开发了网络层协议与应用层协议。网络层协议提供了能够保证IEEE 802.15.4介质访问控制层的正确运行的函数；ZigBee协议在网络层和应用层中提供了安全服务机制，以增强ZigBee协议的安全服务。
1.1 物理层
物理层提供了介质访问控制层和物理信道的接口，并向介质访问控制层提供数据和管理服务，物理层主要实现无线设备的启动和关闭、信道的选择、链路质量的检测、信道能量的检测、数据的收发以及空闲信道的评估等功能，它是协议栈的底层。
1.2 介质访问控制层
介质访问控制层(MAC)中公共部分的数据服务访问点MCPS-SAP是 MAC 层向网络层提供的数据服务接口。MAC 层管理服务访问点MLME-SAP是 MAC 层向网络层提供的管理服务接口，主要包含设备同步、对信道的访问、PAN信息库维护、在两个对等实体间提供可靠传输链路等。
1.3 网络层
网络层负责实现设备连接和网络连接机制以及以帧传输过程的安全性机制等。网络层还实现了设备的路由发现、路由维护和数据的转发。网络层提供了数据服务实体NLDE和管理服务实体NLME的访问接口，比便应用层调用。网络层数据实体与管理实体负责实现网络信息数据库的管理及维护。
1.4 应用层
应用层包括应用支持子层、应用架构、ZigBee设备对象以及厂商自定义的应用对象。应用框架是应用程序的运行环境，在应用框架中，应用程序通过应用支撑子层的服务访问点来完成数据收发。应用支持子层提供了应用层和网络层之间的接口，由应用支持子层数据APSDE和应用支持子层管理APSME提供数据和管理服务；数据实体和管理实体分别提供相应服务。ZigBee设备对象是应用框架和应用支持子层的中间层，能够为应用框架中的应用对象提供所需的公共接口。
2 ZigBee网络设备
IEEE 802.15.4标准根据功能的不同将ZigBee网络设备分为两类：全功能设备FFD与简化功能设备RFD，全功能设备包含了全部的IEEE 802.15.4协议，而简化功能设备则只实现其中一部分；全功能设备可以同简化功能设备及其他全功能设备通信，而简化功能设备则只能够与全功能设备进行通信。IEEE 802.15.4标准根据网络设备承担任务的不同，将其分为：个域网协调器PAN Coordinator、协调器Coordinator以及一般设备Device。个域网协调器是网络总控制器，每一个网络中只存在一个个域网协调器且个域网协调器只能是全功能设备；协调器的主要任务是实现同步服务，它也必须是全功能设备；一般设备既可以是全功能设备，又可以是简化功能设备。在上述IEEE 802.15.4标准基础上，ZigBee标准将相应的三种设备定义为：ZigBee协调器、ZigBee路由器以及ZigBee终端设备，它们的功能分别如下所述。
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