专家论谈
基才ZigBee的无线网络技术及其应用 顾瑞红,张宏科
(北京交通大学电子信息工程学院,北京100044
摘要:Z谵Bee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,本文详细分析了ZigBee技术, IEEE802.15.4标准及相关应用,讨论了它们的关系和相对其它技术的特点,并对其在家庭无线通信网中的应用前景进行了分析和展望。本文还针对无线网络与NGN(IPV6的结合做了分析。
关键词:IEEE802.15.4ZigBee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Bluet00tll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(<250 kbp8、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术,用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee应用层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。相对于现有的各种无线通信技术,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。1lEEE802.15.4和ZjgBee介绍
IEEE无线个人区域网mN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。
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2.15.4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。
ZigBee Profiles 网络应用层 数据链路层
IEEE802.15.4LLC802.2I工C IEEE802.15.4MAC 868/915PHY2400PHY 图1IEEE802.15.4协议架构
IEEE802.15.4的MAC层能支持多种U￡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IJIJC层和MAC层主要功能。
表1IEEE802.15.4的U￡层和MAC层主要功能U上子层的主要功能:mEE802.15.4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868/915MHz物理层。它们都基于DSSS(Dir{ect 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
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表2IEEE802.15.4标准的主要技术特征
基于ZigBee的无线网络技术及其应用(精)
