ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(06-100)

　　ZigBee協(xié)議是一個(gè)全球化的開放性標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)、控功能的眾多應(yīng)用提供低功耗的無(wú)線連接。ZigBee以靈活的、可擴(kuò)充的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、便于安裝的綜合設(shè)置和智能路由技術(shù)、高防故障能力，增強(qiáng)了IEEE802.15.4功能。ZigBee還具有嚴(yán)格的安全措施，可以和其它無(wú)線技術(shù)，如藍(lán)牙和WiFi等在同一個(gè)工作環(huán)境中和平共處。

　　ZigBee的無(wú)線傳輸距離與工作環(huán)境密切相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線控制模塊在0dBm輸出功率時(shí)，室外工作距離可達(dá)450米，但在室內(nèi)，由于墻體和其它物體的吸收、反射、衍射、駐波等效應(yīng)，距離大大縮短；輸出功率大于15dBm功率模塊的工作距離約可增加10倍。此外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)形，簇樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還能進(jìn)一步增加工作距離。
　　
　　通信的安全性與可靠性

　　由于通信會(huì)受到無(wú)線干擾和較差的發(fā)送/接收條件的破壞，ZigBee使用多項(xiàng)技術(shù)來(lái)確保通信的可靠性。首先，ZigBee網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線傳輸時(shí)采用編碼機(jī)制。在2.4GHz頻帶采用的是正交移相鍵控(QPSK)調(diào)制技術(shù)，同時(shí)將4位數(shù)據(jù)符號(hào)變換為32位片序列。這樣，既使在同一信道內(nèi)，在同一時(shí)間有其它無(wú)線信號(hào)，ZigBee消息也能完整地到達(dá)目的地。

　　其次，它的傳輸采用帶沖突避免的載波偵聽、多點(diǎn)接入方案。簡(jiǎn)單地說(shuō)，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前首先要偵聽信道，看它是否是暢通的。要是信道正工作著，節(jié)點(diǎn)延時(shí)后再次偵聽，這樣反復(fù)進(jìn)行直到信道暢道為止才開始發(fā)送消息。其次，消息到達(dá)目的地后，接收設(shè)備要送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)來(lái)表示消息已經(jīng)收到。如果發(fā)送設(shè)備沒(méi)有收到確認(rèn)信號(hào)，它將在一定時(shí)間間隔內(nèi)再次發(fā)送原有的消息。

　　ZigBee內(nèi)設(shè)“安全工具箱”來(lái)提供高安全性，主要措施有：

　　·接入控制表：只有預(yù)定義的“友好”節(jié)點(diǎn)才能加入網(wǎng)絡(luò)；

　　·128位AES基加密技術(shù)：一種高安全的密鑰基加密系統(tǒng)，某些無(wú)線微控制器還備有硬件保密功能。

　　·消息更新定時(shí)器：拒絕超時(shí)消息，防止外侵消息攻擊網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)有三種拓?fù)湫问剑盒切?、簇樹形和網(wǎng)形(圖1)。消息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)如何路由至另一個(gè)節(jié)點(diǎn)完全取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。星形網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，所有消息都經(jīng)它傳輸。簇樹形網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)頂端節(jié)點(diǎn)，下面有枝有葉，消息先上行再下傳。網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)與簇樹形相似，但它的某些枝、葉可直接鏈接。