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ZigBee基础知识
一、ZigBee特点
ZigBee 技术是一种新兴的短距离、低功耗、低成本、低数据传输率的无线 通信技术。它的主要特点如下：
1)低功耗：在低功耗待机模式下，两节普通
5 号干电池可使用 6~24 个月。
2)低速率：数据传输速率只有 10kb/s~ 250 kb/s，专注于低速数据传输应用。 3)低成本：因为 ZigBee 数据传输速率低，协议简单，降低了对通信控制器 的要求，所以大大降低了成本。
4)短距离：传输距离一般介于 10~100m 之间，在增加 RF 发射功率后，亦可 增加到 1~3km。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。
5)短时延： Zigbee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需 节点连接进入网络只需 30ms，进一步节省了电能。
6)容量大： Zigbee 可采用星状、簇状和网状网络结构，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，这样可组成 节点。
7)安全：ZigBee 提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用 法，各个应用可灵活确定其安全属性。
8)工作频段灵活：使用的频段分别为全球的
2.4GHz ISM 频段(16 个信道)、
AES-128 加密算
65000 多个
15ms，
欧洲的 868MHz 频段(1 个信道)，以及美国的 915MHz 频段(10 个信道)，均为免 执照频段。
二、ZigBee工作频率
表 1 ZigBee 工作频率表
频带 2.4GHz 915MHz 868MHz
频段类型 ISM ISM ISM
使用范围 全球 美国 欧洲
数据传输速率 250Kb/s 40Kb/s 20Kb/s
信道数 16 10 1
三、ZigBee的设备类型
ZigBee 网络支持两种功能类型的网络节点： 全功能器件 (Full Function Device,
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FFD)和精简功能器件 (Reduce Function Device，RFD)。
全功能器件拥有完整的协议功能，在网络中可以作为协调器
(Coordinator)，
路由器(Router)和普通节点 (Device)；而精简功能器件旨在实现最简单的协议功能 而设计，只能作为普通节点存在于网络中。 全功能器件可以与精简功能器件或其 他的全功能器件通信， 而精简功能器件只能与全功能器件通信， 精简功能器件之 间不能直接通信。 四、ZigBee 网络节点类型
ZigBee 网络包含三种节点类型： ZigBee 协调器(ZigBee Coordinator，ZC)、 ZigBee 路由器(ZigBee Router，ZR)和终端设备 (ZigBee End Device，ZED)。
协调器只能是全功能器件 FFD。一个 PAN 的网络中，至少要有一个全功能 器件作为网络的协调器，它可以看作是一个
PAN的网关节点 (SINK 节点)。它是
网络建立的起点，负责 PAN 网络的初始化，确定 PAN 的 ID 号和 PAN 操作的物 理信道并统筹短地址分配， 充当信任中心和储存安全密钥， 与其他网络的连接等。
在任何一个拓扑网络上，所有设备都有一个唯一的
64 位 IEEE 长地址，该
地址可以在 PAN 中用于直接通信。协调器在加入网络之后获得一定的短地址空 间，在这个空间内，他有能力允许其他节点加入网络，并分配 点。因此在设备发起连接时采用的是
16 位短地址给节
64 位 IEEE 长地址，只有连接成功后，系
统分配了 PAN 的标志符后，才能采用 16 位的短地址来通信。
路由器可以只运行一个存放有路由协议的精简协议栈，负责网络数据的路 由，实现数据中转功能。在网络中最基本的节点就是终端节点 节点可以是全功能器件 FFD 或者是精简功能器件 RFD。
Zigbee 网络拓扑结构比较流行的有三种：星型网络 (Cluster)、网状型网络 (Mesh)。 五、ZigBee协议通信原语
在分层的通信协议中，层与层之间是通过服务接入点
(Service Access Poin，t (Star)、簇状型网络
ZED，一个终端
SAP)相连接的。每一层都可以通过本层与下一层的 SAP 调用下层所提供的服务， 同时通过与上一层的 SAP 为上层提供相应服务。 SAP 是层与层之间的唯一接口， 而具体的服务是以通信原语的形式供上层调用的。 在调用下层服务时， 只需要遵 循统一的原语规范， 并不需要去了解如何处理原语。 这样就做到了数据层与层之
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间的透明传输。层与层之间的通信原语可分为以下四种，它们之间的关系如图 5-1 所示：
5-1 ZigBee 协议通信原语
Reques：t 请求原语，用于上层向本层请求指定的服务。 Confirm：确认原语，用于本层响应上层发出的请求原语。 Indication：指示原语，用于本层向上层指示本层的某一内部事件。 Response：响应原语，用于上层响应本层发出的指示原语。
本文 中原语遵循了“SAP名称-原 语功能. 原语类型”的书写规则，如 \ ASSOCIATE.request 表”示 MLME-SAP 上提供的关联请求原语。 六、ZigBee协议栈框架
2.5 PHY 层
PD-SAP PLME-SAP 物理层管理实体
物理层
物理层个域网
基本信息库
RF-SAP
图 6-1 物理层结构模型
物理层的作用主要是利用物理介质为数据链路层提供物理连接， 负责处理数
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