1. 简介

ZigBee技术是一种提供控制或传感器等电子元器件之间无线连接的无线通信技术。其主要特点是成本低、传输距离短、数据传输速率低及省电。ZigBee这个名字来源于蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈传递哪里能找到食物源之类的信息。
ZigBee技术构建在IEEE 802.15.4标准之上。ZigBee和IEEE802.11.15.4的关系就如同Wi-Fi和802.11的关系一样，IEEE802.15.4标准仅定义了物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的规范，这远远不能满足商业应用的要求，因此ZigBee联盟成立了，在802.15.4标准之上制定了网络层和应用层规范，
除了ZigBee技术，无线传输协议还包括BlueTooth、WiFi等。和这些标准相比，ZigBee更能满足电子元器件之间无线连接的需求。通常电子元器件不要求高带宽，而更看重低时延、低能耗和大网络容量。电子元器件的电池寿命通常都是以年来计算的。以下是这些无线标准之间的一个对照表。



2 ZigBee协议

ZigBee协议架构如下图所示。

ZigBee Profiles

网络应用层

数据链路层

IEEE802.15.4 LLC             802.2LLC

IEEE802.15.4 MAC

868 / 915 / 2400 MHz PHY

802.15.4标准在物理层（PHY）定义了三个工作频段，ZigBee兼容设备只需实现一个即可，这三个频段分别是

• 868 MHz（欧洲），1个信道，DSSS/BPSK调制方式，20kbps数据传输速率
• 902-928 MHz（北美），10个信道，DSSS/BPSK调制方式，40kbps数据传输速率
  
• 2.4 GHz（全球范围），16个信道，DSSS/O-QPSK调制方式，250kbps数据传输速率

在MAC层802.15.4标准定义了如何建立、维护和终止无线链路。ZigBee采用CSMA-CA（载波多路侦听-冲突避免）方式访问信道，在传输之前，设备先检查信道是否有数据传输，若信道无数据传输，则开始进行数据传输，若产生碰撞，则稍后一段时间重传。发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法提高了系统信息传输的可靠性。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。
ZigBee在MAC层支持三种安全模式。

• 无安全模式。对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，设备就可以选择这种方式来传输数据。
• ACL（Access Control List）模式。设备使用访问控制列表（ACL）来防止非法连接
• 安全模式。使用ACL并对接受/发送的数据报加密/解密，采用AES加密算法保护数据安全和完整性。

在网络层ZigBee定义了星形和网状拓扑，也允许两者的组合----树状拓扑。根据节点的不同角色，ZigBee设备可分为全功能设备（Full- Function Device；FFD）与简化功能设备（Reduced-Function Device；RFD）。和FFD相比，RFD的电路较为简单且存储体容量较小。FFD节点具备Coordinator功能，能够与其他RFD或FFD进行数据交 换，而RFD则只能传送数据给FFD或从FFD接收数据。下图是一个简单的ZigBee网络拓扑结构。
3 应用前景

目前ZigBee联盟包含130多家会员，包括Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、 Motorola、Philips和Samsung等公司。据市场研究机构预测，低功耗、低成本的ZigBee技术将在未来两年内得到快速增长，2005年全球ZigBee器件的出货量将达到100万个，2006年底将超过8000万个，2008年将超过1.5亿个。
ZigBee技术的应用领域包括数字家庭、智能工控、智能交通等。如

• 在家里对玩具、游戏机、电视、立体音响、DVD播放机和其它家电设备进行遥控。
• 带负载管理功能的自动抄表(AMR)，这可使得地产管理公司削减成本和节省电气能源。
• 监控照明、中央空调和写字楼安全。
• 配合传感器和激励器对制造、过程控制、农田耕作、环境及其它区域进行工业监控。
• 有源RFID应用，例如电池供电标签，它可用于产品运输、产品跟踪、存储较大物品和财产管理。

目前，三星等手机开发厂商已试着把ZigBee模块集成到手机中，使手机用户可以互相联网玩游戏或控制其他电子设备。赫立讯公司（Helicomm）也已经开始将ZigBee网络拓展到煤矿行业无线定位应用中。该公司利用其ZigBee无线网络模块，运用区域定位技术，通过定位网络中的参考节点接收目标节点(矿工随身携带)的无线信号强度RSSI和无线信号质量LQI等信息，从而随时了解矿工的工作位置，同时还可以通过矿工身上的传感器，接收并上报该区域瓦斯浓度变化等信息。