ZigBee的无线传输

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1、基于zigbee1、引言        建立基于实时数据库的生产信息管理系统，实现对控制装置的数据上传，实时数据监测，形成一个工业控制网络是现代企业工业化管理的特征，如图1。随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，无线通讯技术逐渐在工业控制领域，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供无线数据链路，特别是在一些特殊环境下弥补有线网络的不足，进一步完善工业控制网络的通信性能，成为工业通信的新宠。在GPRS、蓝牙、WiFi、ZigBee等无线通信标准中，ZigB

2、ee以功耗低、可靠性高、网络容量大、时延小、成本低等优点在工业通信领域脱颖而出。图1       ZigBee是由ZigBeeAlliance（ZigBee联盟）制定的无线网络协议，是一种近距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的双向无线接入技术，主要适合于自动控制和远程监控领域。ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了IEEE802.15.4协议作为其物理层和媒体接入层规范。在其基础之上，ZigBee联盟制定了网络层(NWK)和应用编程接口(API)规范,并负责高层应用、测试和市场推广等方

3、面的工作,见图2。 图22、IEEE802.15.4协议2.1物理层       IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两个物理层都基于DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频）技术，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，划分成l6个信道,码元速率为62.5kbaud，采用了l6进制正交调制，用码片长度为8的伪随

4、机码直接扩频技术,能够提供250kb/s的传输速率.868MHz频段是欧洲的ISM频段，有1个信道，数据传输速率为20kb／s。915MHz频段是美国的ISM频段，划分为10个信道,数据传输速率为40kb／s，见表1。后2个频段均采用了差分编码的二进制移相键控(BPSK)调制，用码片长度为15的M序列直接扩频。这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。物理层的主要功能包括：数据的调制，激活和休眠射频收发器,信道能量检测,信道接收数据包的链路质量指示,空闲信道评估,收发数据等。表1

5、2.2数据链路层       数据链路层负责数据成帧、帧检测、介质访问和差错控制等。IEEE802系列标准把数据链路层分为媒质接入子层MAC和逻辑链路控制子层LLC。MAC子层依赖于物理层提供的服务实现设备之间无线链路的建立与拆除、数据帧传输等；LLC子层在MAC子层的基础上，为设备提供连接服务，由IEEE802.6定义，为IEE802系列标准公用。链路层通过两个服务访问点（SAP）访问高层，通用部分SAP（MCPS-SAP）访问数据服务，管理实体SAP(MLME-SAP)访问管理服务。ZigBee/I

6、EEE802.15.4网络的所有节点都工作在同一个信道上，当邻近的节点同时发送数据就有可能发生数据冲突。为此MAC层采用了载波侦听/冲突检测（CSMA/CA）技术避免数据发生冲突。简单来说，就是节点在发送数据之前先监听信道，如果信道空闲则可以发送数据，否则就要进行随机的退避，即延迟一段随机时间，然后再进行监听，通过这种信道接入技术，所有节点竞争共享同一个信道。       IEEE802.15.4的MAC层定义了4种基本帧结构:●信标帧，供协商者使用。●数据帧，承载所有的数据。●响应帧，确认帧的顺利传送

7、。●MAC命令帧，用来处理MAC对等实体之间的控制传送。       MAC子层功能具体包括：协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步；支持网络的关联和取消关联；支持无线信道的通信安全；使用CSMA-CA机制；支持保护时隙(GTS)机制；支持不同设备的MAC层之间的可靠传输。LLC子层功能包括：传输可靠性保障和控制；数据包的分段与重组；数据包的顺序传输。3、网络层       ZigBee网络层主要包含以下功能：动态网络拓扑结构的建立和维护，网络寻址、路由选择、邻居发现和网络安全等

8、。当网络采用网状网结构时，网络具有自组织、自维护功能。3.1网络节点       ZigBee网络定义了三种节点类型：协调器、路由器和终端设备。协调器和路由器必须是全功能器件(FFD:Fullfunctiondevice)，终端设备可以是全功能器件，也可以是简约器件（RFD:reducefunctiondevice）。一个ZigBee网络只允许有一个协调器，也称作ZigBee协调点，协调点是一个特殊的FFD，它具有较强的功能，是整个网络的主