基于ZigBee的短距離無線通信網絡技術
PC外設:無線鍵盤、鼠標、游戲操縱桿等;
工業(yè)控制:利用傳感器和ZigBee網絡使數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易;
醫(yī)療設備控制:醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等;
交互式玩具。
三、ZigBee協(xié)議棧
ZigBee協(xié)議棧結構(圖1)是基于標準OSI七層模型的,包括高層應用規(guī)范、應用匯聚層、網絡層、媒體接入層和物理層。
圖1 ZigBee協(xié)議棧
IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準,分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴頻(DirectSequenceSpread Spectrum,DSSS) 技術。868MHz只有一個信道,傳輸速率為20kb/s;902MHz~928MHZ頻段有10個信道,信道間隔為2MHz,傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都采用BPSK調制。2.4GHz~2.4835 GHz頻段有16個信道,信道間隔為5MHz,能夠提供250kb/s的傳輸速率,采用O-QPSK調制。為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性,IEEE 802.15.4定義的媒體接入控制(MAC)層采用了CSMA-CA和時隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應用匯聚層主要負責把不同的應用映射到ZigBee網絡上,主要包括安全與鑒權、多個業(yè)務數(shù)據(jù)流的會聚、設備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務發(fā)現(xiàn)。
四、ZigBee網絡配置
低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設備:全功能設備(FFD)和精簡功能設備(RFD)。其中,F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信,而RFD只能和 FFD通信,RFD之間是無法通信的。RFD的應用相對簡單,例如在傳感器網絡中,它們只負責將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調點,并不具備數(shù)據(jù)轉發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護等功能。RFD占用資源少,需要的存儲容量也小,成本比較低。
在一個ZigBee網絡中,至少存在一個FFD充當整個網絡的協(xié)調點,即PAN協(xié)調點,ZigBee中也稱作ZigBee協(xié)調點。一個ZigBee 網絡只有一個PAN協(xié)調點。通常,PAN協(xié)調點是一個特殊的FFD,它具有較強大的功能,是整個網絡的主要控制者,它負責建立新的網絡、發(fā)送網絡信標、管理網絡中的節(jié)點以及存儲網絡信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點加入ZigBee網絡。此外,普通FFD也可以在它的個人操作空間(POS)中充當協(xié)調點,但它仍然受PAN協(xié)調點的控制。ZigBee中每個協(xié)調點最多可連接255個節(jié)點,一個ZigBee網絡最多可容納65535個節(jié)點。五、ZigBee網絡的拓撲結構
ZigBee網絡的拓撲結構主要有三種,星型網、網狀(mesh)網和混合網。
星型網(圖2-a)是由一個PAN協(xié)調點和一個或多個終端節(jié)點組成的。PAN協(xié)調點必須是FFD,它負責發(fā)起建立和管理整個網絡,其它的節(jié)點(終端節(jié)點)一般為RFD,分布在PAN協(xié)調點的覆蓋范圍內,直接與PAN協(xié)調點進行通信。星型網通常用于節(jié)點數(shù)量較少的場合。
Mesh網(圖2-b)一般是由若干個FFD連接在一起形成,它們之間是完全的對等通信,每個節(jié)點都可以與它的無線通信范圍內的其它節(jié)點通信。Mesh網中,一般將發(fā)起建立網絡的FFD節(jié)點作為PAN協(xié)調點。Mesh網是一種高可靠性網絡,具有“自恢復”能力,它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑,一旦一條路徑出現(xiàn)故障,則存在另一條或多條路徑可供選擇。
圖2 ZigBee拓撲結構
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