浅谈ZigBee协议架构

郑昕 王成皇 陈德旭

【摘 要】ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，是物联网建设发展的重要技术。本文主要对ZigBee技术的协议架构进行介绍。

【关键词】物联网；ZigBee

ZigBee是由IEE802.15.4小组与ZigBee联盟共同开发的一种基于IEEE802.15.4无线标准、介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，主要应用于近距离无线连接。目前已经在消费电子、楼宇自动化、医疗、工业等领域得到了广泛的应用。

一、ZigBee技术特点

ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz（全球通用）、868MHz（欧洲标准）和915MHz（美国标准）三个频段上，相比蓝牙、Wifi等技术，ZigBee在技术上主要存在以下特点：

1、低功耗

ZigBee的传输速率较低，而且采用了休眠模式，发射功率只有1mW左右，所以ZigBee设备的功耗非常低。

2、低成本

通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，并且ZigBee协议免协议专利费，这样就使得每块芯片的成本降低到了1美元左右。

3、时延短

通信时延和唤醒时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，唤醒时延为15ms，非常适用于对时延要求苛刻的工业控制领域。

4、大容量

一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络。

5、安全性高

提供了数据完整性检查和鉴权能力，采用AES-128加密算法，大大增强了系统的安全性和可靠性。

二、ZigBee的协议架构

ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。其中网络层以上的协议由ZigBee联盟负责，IEEE制定了物理层和链路层标准。

1、物理层

IEEE802.15.4提供了两种物理层选择（868/915MHz和2.4GHz），两种物理层都采用直接序列扩频（DSSS）技术，降低了数字集成电路的成本，并且都是用相同的帧结构，以便于设备低作业周期、低功耗的运作。……