ZigBee

ZigBee无线网络技术无线通信无线通信(WirelessCommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。我们所知道的通信古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。我们的先人常以无法实时互通的浪漫诗句和思念之情来代替通信。现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式通信的发展简史第一阶段语言第二阶段文字、邮政第三阶段印刷术、出版物第四阶段电报、电话、广播第五阶段通信与计算机的结合、网络最早的电通信设想1753年2月17日，《苏格兰人》杂志上发表了一封署名C.M的书信。在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与静电机相连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来，从而起到远距离传递信息的作用。最早的有线电报1844年5月24日，莫尔斯从华盛顿到巴尔的摩拍发人类历史上的第一份电报。在座无虚席的国会大厦里,莫尔斯用激动得有些颤抖的双手,操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机,发出了:“上帝创造了何等奇迹!”一语。人类首次远距离无线电通信1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托尔（Bristol）海峡的无线电通信取得成功，通信距离为14公里。无线通信频段日常生活中，我们经常能够看到各式各样的天线。对于一个无线系统来说，能够正确的发送和接收信息是最基本的要求。天线作为无线通信中不可缺少的一部分，其基本功就能是接收和发送无线电波。发射时，把高频电流转换为电波；接收时，把电波转换为高频电流。那么这么多的电波在空气中是如何传播，我们有是如何区分哪些是我们需要的电波呢？无线通信频谱频谱是我们区别各种电波的一个重要依据，无线通信的频谱在RF(RadioFrequency)这一段包括了我们常见的调频收音机，各种手机，无线电话，无线卫星电视等等，由于从几十兆到几千兆的频谱上，集中了各种不同的无线应用，而且这些无线电传播都使用同一个通讯媒介——空气，所以为了保证各种无线通讯之间不相互干扰，就需要对无线频道的使用进行必要的管理。无线通信频谱波段名称波长范围(m)频段名称频率范围(HZ)超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波1,000,000~10,00010,000~1,0001,000~100100~~1010~11~0.10.1~0.010.01~0.001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3~30K30~300K300~3,000K3~30M30~300M300~3,000M3~30G30~300GISM频段各国的无线管理部门也规定了某些频带不需许可就可以使用（只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可），以满足不同的需要。这些频带通常包括ISM(Industrial、ScientificandMedical工业、医疗、科学)频带。各国的无线电管理不尽相同。在美国可用的免许可证的频带包括：27MHz、260MHz至470MHz、902MHz至928MHz和最常用的2.4GHz频带。ISM频道在欧洲所分配到的频率为433MHz、868MHz和2.4GHZ。中国目前可以使用的ISM频率是：433MHZ和2.4GHZ。ISM频段ISM频段除了ISM频带以外，在中国整个低于135kHz，在北美、南美和日本低于400kHz，也都是可以使用的免费频段。各国对无线频谱资源的管理，不仅规定了相关的ISM开放频道的频率，同时也严格规定了在这些频率上所使用的发射功率，在实际使用这些频率时，需要查阅各国无线频谱管理机构的不同的具体技术要求。无线通信传播环境电磁波信号传输大气（电离层、对流层）地面（直射、反射、绕射）无线网络就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的信息(数据)传输网络，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线。无线网络分类无线广域网(WWAN)WWAN技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家（地区）。而第三代(3G)技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。无线网络分类无线局域网(WLAN)WLAN技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场）。WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。WLAN以两种不同方式运行。在基础结构WLAN中，无线站（具有无线电网卡或外置调制解调器的设备）连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。在点对点（临时）WLAN中，有限区域（例如会议室）内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。1997年IEEE批准了用于WLAN的802.11标准。无线网络分类无线个人网(WPAN)WPAN技术使用户能够为个人操作空间(POS)设备（如PDA、移动电话和笔记本电脑等）创建临时无线通讯。POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。目前主要的WPAN技术是ZigBee、“Bluetooth”、红外线。“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在10m左右范围内使用无线电波传送数据。Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers的英文缩写，全称是国际电气与电子工程师学会）。IEEE的标准制定内容有：电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等。宗旨：自成立以来IEEE一直致力于推动电工技术在理论方面的发展和应用方面的进步。作为科技革新的催化剂，IEEE通过在广泛领域的活动规划和服务支持其成员的需要。促进从计算机工程、生物医学、通信到电力、航天、用户电子学等技术领域的科技和信息交流，开展教育培训，制定和推荐电气、电子技术标准，奖励有科技成就的会员等。IEEE定义常见标准IEEE802.1──高级接口HighLevelInterface(Internetworking)IEEE802.1d──生成树协议（SpanningTree）IEEE802.1p──GeneralRegistrationProtocolIEEE802.1q──虚拟局域网（VirtualLANs；VLAN）IEEE802.1x──基于端口的访问控制（PortBasedNetworkAccessControl）IEEE802.2──逻辑链路控制（LogicalLinkControl）IEEE802.3──带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD（半双工以太网）IEEE802.3u──快速以太网（FastEthernet）IEEE802.3z──千兆以太网（GigabitEthernet）IEEE802.3ae──万兆以太网（10GigabitEthernet）IEEE802.4──令牌环总线（Token-PassingBus）IEEE定义常见标准IEEE802.5──令牌环（Token-PassingRing）IEEE802.6──城域网（MetropolitanAreaNetworks，MAN）IEEE802.7──宽带局域网（BrandbandLAN）IEEE802.8──光纤局域网IEEE802.9──集成数据和语音网络IEEE802.10──网络安全（NetworkSecurity）IEEE802.11──无线以太网IEEE802.12──100VG-AnyLAN（VoiceGrade-Sprachegeeignet）IEEE802.14──有线电视（CATV）IEEE802.15──无线个人局域网路（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）IEEE802.17──弹性分组环（ResilientPacketRing）。ZigBeeZigBee是一种短距离、低功耗的无线网络技术，主要由ZigBee联盟制定，其底层是采用IEEE802.15.4标准规范的MAC与PHY层。ZigBee无线网络技术1.1ZigBee简介ZigZag:“之字形弯弯曲曲”，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式；Bee:蜜蜂。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。1.1.1ZigBee的产生背景各种无线通信迅猛发展较成熟的无线通信技术比较复杂，耗费资源多，成本高，并不适用于短距离无线通信的场合蓝牙可以实现短距离无线通信，但是其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络1.1.2ZigBee的发展2000年12月IEEE成了802.15.4工作组，制定了Zigbee的物理层（PHY）和MAC协议层2002年10月ZigBee联盟成立，该联盟由霍尼韦尔，Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，联盟负责制订网络层、安全管理、应用界面规范2004年12月正式定案Zigbee1.0（ZigBee-2004）2006年10月，ZigBee联盟制定完成ZigBee2006（又称ZigBee1.1），2007年1月开放网络下载。此外，ZigBee2007（又称ZigBeePro）的初稿也在2006年11月完成。2007年10月2日，ZigBee规格推出全面的新功能1.1.3ZigBee的应用范围小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等）的无线联网要求能广泛地应用于工业、农业和日常生活中图1.1ZigBee的应用1.2IEEE802.15.4协议IEEE802.15.4描述了低速率无线个人局域网（low-ratewirelesspersonalareanetwork,LR-WPAN）的物理层和媒体介入控制层协议。它属于工作802.15组。协议能支持消耗功率最少，一般在个人活动空间(10m直径或更小)工作的简单器件IEEE802.15.4是ZigBee,WirelessHART,和MiWi规范的基础。802.15.4和ZigBee区别ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。IEEE802.15.4是IEEE确定的低速率，无线个域网（personalareanetwork）标准。这个标准定义了“物理层”（physicallayer）和“媒体控制层”（mediumaccesslayer）。物理层（PHY)规范确定了在2.4G赫兹以250kbps的基准传输率工作的低功耗展频无线电。（另有一些以更低数据传播率工作的915兆赫兹和868兆赫兹的实体层规范，但它们不太流行）。媒体控制层（MAC）规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道。介质存取层支持几种架构，包括星状拓扑结构（一个节点作为网络协调点，类似于802.11的接入点），树状拓扑结构（一些节点依次经过另一些节点才到达网络协调点）和网状拓扑结构（无须主协调点，各个节点之间分享路由职责）。但是仅仅定义实体层和介质访问层并不足以保证不同的设备之间可以对话。于是便有了ZigBee联盟。ZigBee从802.15.4标准开始着手，目前正在定义允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要。例如，ZigBee“灯纲要”会确定相关的所有协议，因此你从A公司买的ZigBee灯开关会和B公司的灯正常工作。ZigBee协议层作用ZigBee技术体系物理层MAC层网络/安全层支持/应用层作用：作用：作用：作用：物理层是协议的最底层，承付着和