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无线传感器网络与Zigbee技术之间关系可以从两方面进行分析：Zigbee调研报告一、Zigbee简介1、Zigbee名字由来：1Zigbee名字来源于蜜蜂之间传递信息方式。蜜蜂通过一种特殊肢体语言告知同伴新发现事物源位置信息，这种肢体语言是Zigzag舞蹈，借此意义以Zigbee作为新一代通信技术命名。在此之前Zigbee也被称为HomeRFLite、RF-Easylink或Firely无线电技术，当前统一称为Zigbee技术。2、无线传感器网络与Zigbee关系：无线传感器网络是指大量静止或移动传感器以自组织和多跳方式构成无线网络。其目是协作地感知、采集和解决传播网络覆盖地理区域内感知对监控信息，并报告给顾客。无线传感器网络来源于20世纪70年代，是一种特殊无线网络，最早用于美国军方，例如空中预警控制系统。这种原始传感器网络只能捕获单一信号，传感器节点只能进行简朴点对点通信。无线传感器网络与Zigbee关系，无线传感器网络应用，普通不需要很高带宽，但对于功耗规定却很严格，大某些时间必要保持低功耗。传感器节点普通使用储存容量不大嵌入式解决器，对合同栈大小也有严格限制。此外，无线传感器网络对网络安全性、节点自动配备和网络动态重组等方面也有一定规定。无线传感器网络特殊性相应用于该技术合同提出了较高规定，当前使用最广泛无线传感器网络物理层和MAC层合同为IEEE802.15.4。一、合同原则：当前大多数无线传感器网络物理层和MAC层都采用IEEE802.15.4合同原则。IEEE802.15.4描述了低功率无线个人局域网物理层和媒体接入控制层合同，属于IEEE802.15.4工作组，而Zigbee技术是基于IEEE802.15.4原则无线技术。二、应用：1Zigbee合用于通信数量不大，数据传播速率传播相对较低、成本较低便携或移动设备。这此设备只需要很少能量，以接力方式通过无线电波将数据从一种传感器传到另一种传感器，并能实现传感器之间组网，实现无线传感器网络分布式，自组织和低功耗特点。Zigbee是实现无线传感器网络应用一种重要技术。3、Zigbee技术特点：Zigbee可在2.4GHZ(全球流行)、868MHZ(欧洲流行)和915MHZ(美国流行)三个频段上，分别具备250kb/s、20kb/s、40kb/s传播速率，它传播距离在10m~75m范畴内。1.低功耗。普通Zigbee芯片有各种电源管理模式，这些管理模式可以有效对节点工作和休眠进行配备，从而使得系统在不工作时可以关闭射频某些，极大地减少了系统功耗，节约了电池能量。2.低成本。Zigbee网络合同简朴，可以在计算能力和储存能力都很有限MCU上运营，非常合用于对成本规定苛刻场合。既有Zigbee芯片普通都是基于8051单片机内核，成本较低，这对于某些需要布置大量无线传感器网络节点应用是很重要。3.大容量。Zigbee设备即可以使用64位IEEE网络地址，又可以使用指配16位网络短地址。在一种单独Zigbee网络内，理论上可以容纳最多65536个设备。4.可靠。无线通信是共享信道，因而面临着众多有线网络所没有问题。Zigbee在物理层和MAC层采用IEEE802.15.4合同，使用带时隙或不带时隙“载波检测多址访问/冲突避免”数据传播办法，并与“确认和数据检测”等办法相结合，可保证数据可靠传播。同步，为了提高灵活性和支持在资源匮乏MCU上运营，Zigbee支持三种安全模式。最高档安全模式采用属于高档加密原则（AES）对称密码和公开密钥，可以提高数据传播安全性。5.时延性。针对时延性敏感做了优化，通信时延和从休眠状态激活时延都非常短。6.灵活网络拓扑构造。Zigbee支持星型、树型和网状拓扑构造，既可以单挑、又可以通过路由实现多跳数据传播。4、Zigbee芯片：Zigbee芯片为cc243x系列、mc1322x系列和cc253x系列。5、常用Zigbee合同栈：1.非开源合同栈；2.半开源合同栈——适合工业级应用Zigbee合同栈；3.开源合同栈——对于初学者来说比较容易上手。Freakz合用于学习，对于工业应用来说讲Zstack比较实用。二、Zigbee技术原理1.Zigbee网络构造Zigbee技术是一种低数据传播速率无线个域网，网络基本成员称为设备。网络中设备按照各自作用不同可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点。1.Zigbee网络协调器是整个网络中心，它功能涉及建立、维持和管理网络，分派网络地址等。因此可以将Zigbee网络协调器以为是整个Zigbee网络“大脑”。2.Zigbee网络路由器重要负责路由发现、消息传播、容许其她节点通过它接入网络。3.Zigbee终端节点通过Zigbee协调器或者Zigbee路由器接入到网络中，Zigbee终端节点重要负责数据采集或控制功能，但不容许其她节点通过它接234入网络中。2.网络体系按照OSI模型，Zigbee网络分为4层，分为物理层、媒体访问层（MAC）、网络层（NWK）和应用层。其中物理层和MAC层由IEEE802.15.4原则定义，合称IEEE802.15.4通信层，网络层和应用层由Zigbee联盟定义。3.拓扑构造Zigbee网络支持三种拓扑构造：星型、树型和网状型构造。其中：在星型拓扑构造中，所有终端设备只和协调器之间进行通信。树型网络由一种协调器和各种星型构造连接而成，设备除了能与自己父节点或子节点互相通信外，其她只能通过网络中树型路由完毕通信。网状型构造是在树型网络基本上实现，与树状网络不同是，它容许网络中具备路由功能节点互相通信，由路由器路由表完毕路由查询过程。1.星型网络形成过程在星型网络中，协调器作为发起设备，协调器一旦被激活，它就建立一种自己网络，并作为PAN协调器。路由设备和终端设备可以选取PAN原则符加入网络。不同PAN原则符星型网络中设备之间不能进行通信。2.树型网络形成过程在树型网络中，由协调器发起网络，路由器和终端设备加入网络。设备加入网络后由协调器为其分派16位短地址，具备路由功能设备可以拥有自己子设备。但是在树型网络中，子设备只能和自己父设备进行通信，如果某终端设备要与非自己其她设备通信，必要通过树型路由进行通信。233.网状型网络形成过程在网状型网络中，每个设备都可以与无线通信范畴内其她任何设备进行通信。理论上任何一种设备都可以定义为PAN主协调器，设备之间通过竞争关系竞争PAN主协调器。物理层和MAC层：IEEE802.15.4原则为低速率无线个人域网定义了OSI模型最底层两层，即物理层和MAC层，也是Zigbee合同底部两层，因而这两层也称为IEEE802.15.4通信层。物理层负责是重要功能涉及：工作频段分派、信道分派以及MAC层服务提供数据服务和管理服务。工作频段分派IEEE802.15.4定义了两个物理原则，分别是2450MHZ物理层和868/915MHZ物理层。它们基于直接序列扩散，使用相似物理层数据包格式，区别在于工作频段、调制技术和传播速率不同。2.4GHZ是全球统一无需申请ISM频段，有助于Zigbee设备推广和生产成本减少。此频段物理层通过采用高阶调制技术可以提供250kb/s传播速率，有助于获得更高吞吐量、更小通信延时和更短周期，达到节约能源目。此外此频段提供16个数据速率为250kb/s信道。信道分派IEE802.15.4物理层在三个频段上划分了27个信道，信道编号K为0~26。2.4GHZ频段上划分了16个信道，915MHZ频段上有10个信道，868MHZ频段只有1个信道。物理层服务规范物理层重要功能是在一条物理传播媒体上，实现数据链路实体之间透明传播各种数据比特流。它提供重要服务涉及：物理层连接建立、维持与释放、物理服务数据单元传播、物理层管理、数据编码。物理层功能涉及“服务原语”和“服务访问接口”两个概念，它们意义如下：服务原语：Zigbee合同栈是一种分层构造，从上至下第N层向第N+1层或者第N+1层向第N层提供一组操作（也叫服务），这种“操作”叫做服务原语，它普通通过一段不可分割或者不可中断程序实现其功能。服务原语用以实现层和层之间信息交流。服务访问接❑：服务访问接口（SAP）是某一特定层提供服务于上层之间接口。这里所说“接口”是指不同功能层“通信规则”。“服务原语”和“合同”区别：“合同”是两个需要通信设备之间同一层之间如何发送数据、如何互换帧规则，是“横向”;而“服务原语”是“纵向”层与层之间一组操作。IEEE802.15.4原则物理层所实现功能涉及数据发送和接受、物理层信道能量检测、射频收发器激活和关闭、空闲信道评估、链路质量批示、物理层属性参数获取与设立。这些功能是通过物理层访问接口来实现，物理层重要有两种服务接口（SAP）：物理层管理服务接❑（PLME-SAP），PLME-SAP除了负责在物理层和MAC层之间传播管理服务外，还负责维护物理层PAN信息库（PHYPIB）。物理层数据服务访问接❑（PD-SAP）,PD-SAP负责为物理层和MAC层之间提供数据服务。PLME-SAP和PD-SAP通过物理层服务原语实现物理层各项功能。数据发送与接受数据发送和接受是通过PD-SAP提供PD-DATA原语完毕，它可以实现两个MAC子层MAC合同数据单元传播。IEEE802.15.4原则专门定义了三个与数据有关原语；数据祈求原语（PD-DATA.REQUEST）和数据确认原语（PD-DATA.COMFIRM）和数据批示原语（PD-DATA.INDICATION）。数据祈求原语有MAC子层产生，重要用于解决MAC子层数据发送祈求。语法如下：PD_DATA.REQUEST(PSDULENGTH,PSDU)其中参数PSDU为MAC层祈求物理层发送实际数据，PSDULENGTH为待发数据报文长度。物理层接受该5原语时候，一方面会确认底层射频收发器已置于发6送打开状态，然后控制射频硬件把数据发送出去。数据确认原语由物理层发给MAC子层，作为对数据祈求原语响应。语法如下：PD_DATA.CONFIRM(status)其中原语参数status为失败因素，即参数为射频收发器置于收发状态（RX-ON）或者打开状态（TRX-OFF）时，将通过数据确认原语告知上层。否则视为发送成功，即参数为SUCCESS,同样通过原语报告给上层。数据批示原语重要用于MAC子层报告接受数据。在物理层成功收到一种数据后，将产生原语告示给MAC子层。语法如下：PD_DATA.INDICATION(psduLengthPsduppdulinkQuality7)其参数为接受数据长度、实际数据和依照PPDU测得链路质量（LQI）。其中55LQI与数据无关，是物理层在接受当前数据报文时链路质量一种量化值，上层可以借助这个参数进行路由选取。物理能量信道检测协调器在构建一种新网络时，需要扫描所有信道，然后为网络选取一种空闲信道，这个过程在底层是借助物理信道能量检测来完毕。如果一种信道被别网络占用，体当前信道能量上值是不同样。IEEE802.15.4原则定义了与之有关两个原语：能量检测祈求原语（PLME_ED.request）和能量检测确认原语（PLME_ED.confirm）。能量检测祈求原语由MAC子层产生。能量检测原语为一种无参原语，语法如下：PLME_ED.request()。收到该原语后，如果设备处在使能状态，PLME就批示物理层进行能量检测（ED）。能量检测确认原语由物理层产生，物理层在接受到能量检测原语后把当前状态以及当前信道能量返回给MAC子层。语法如下：PLME_ED.confirm(Status,EnergyLevel)其中状态参数status将批示能量检测失败因素，如果设备处在收发关闭状态或发送使能状态时，则无法进行能量检测。在详细实现中，普通射频芯片使用特定寄存器存储当前信道状态以及信道能量值。射频收发器激活与关闭收发器状态设立祈求原语由MAC子层产生。语法如下：PLME-SET-TRX-STATE.request(status)其中参数为需要设立目的状态，涉