第二節(jié)　ZigBee設(shè)備識別

學(xué)習(xí)準(zhǔn)備

日常生活中是否接觸過ZigBee？什么是ZigBee呢？大家共同來學(xué)習(xí)吧。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

【知識目標(biāo)】

（1）能描述ZigBee的概念及作用；

（2）能描述ZigBee設(shè)備的分類；

（3）能描述ZigBee協(xié)議規(guī)范；

（4）能描述ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成。

【能力目標(biāo)】

能正確使用ZigBee設(shè)備類型。

學(xué)習(xí)過程

一、ZigBee的認(rèn)識

ZigBee來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。

伴隨無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，ZigBee技術(shù)作為最近發(fā)展起來的一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，主要適用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，被業(yè)界認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在現(xiàn)場的無線網(wǎng)絡(luò)方式。

通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)做無線傳輸：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點多；要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，安全性高；設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；電池供電；地形復(fù)雜，監(jiān)測點多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng)；使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動目標(biāo)的定位應(yīng)用。到目前為止，ZigBee節(jié)點已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、智能樓宇、市政管理、安全醫(yī)療等多個領(lǐng)域。

二、ZigBee設(shè)備類型

ZigBee設(shè)備類型有三種：協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點。

（1）ZigBee協(xié)調(diào)器（coordinator）　它是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的第一個開始的設(shè)備，它選擇一個信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符（PAN ID）建立網(wǎng)絡(luò)，并且對加入的節(jié)點進(jìn)行管理和訪問，對整個無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。在同一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，只允許一個協(xié)調(diào)器工作，當(dāng)然它也是不可缺的設(shè)備。

（2）ZigBee路由器（router）　ZigBee路由節(jié)點，它的作用是提供路由信息。

（3）ZigBee終端節(jié)點（end-device）　ZigBee終端節(jié)點，它沒有路由功能，完成的是網(wǎng)絡(luò)中的終端任務(wù)。

三、ZigBee協(xié)議規(guī)范

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要進(jìn)行相互的數(shù)據(jù)交流就要有相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（包括MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等），傳統(tǒng)的無線協(xié)議很難適應(yīng)無線傳感器的低花費、低能量、高容錯性等的要求，這種情況下，ZigBee協(xié)議應(yīng)運而生。通過協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。

ZigBee協(xié)議棧是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，定義了協(xié)議的MAC和PHY層。ZigBee設(shè)備應(yīng)該包括IEEE802.15.4（該標(biāo)準(zhǔn)定義了RF射頻以及與相鄰設(shè)備之間的通信）的PHY和MAC層，以及ZigBee堆棧層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。

實際行業(yè)應(yīng)用的設(shè)備中，通常ZigBee協(xié)議棧和驅(qū)動程序封裝在一個微芯片或小型電子模塊中。

四、ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成

ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持星型（star）、樹型（cluster tree）和網(wǎng)狀（mesh），如圖1-5所示。

ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，底層是采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體存取層（MAC）與物理層（PHY）。主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。圖1-6為ZigBee無線通信節(jié)點。

ZigBee協(xié)議是由ZigBee聯(lián)盟制定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，該聯(lián)盟成立于2001年8月。ZigBee協(xié)議層從下到上分別為實體層（PHY）、媒體存取層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。

小練習(xí)

一、填空題

1.ZigBee設(shè)備類型有三種：分別是__________、__________和__________。

2.ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持__________（star）、__________（cluster tree）和__________（mesh）。

二、簡答題

1.如何定義ZigBee？

2.ZigBee設(shè)備是如何分類的？

3.描述ZigBee協(xié)議規(guī)范。

4.ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成包含哪些？