引言

    对于嵌入式系统应用，往往需要相互间的通信，以交换测量数据和控制指令。目前采用的方式多是有线连接，包括点对点或总线方式，如rs485、can、modbus等。随着无线网络通信技术的发展，在一些不便于或需要消除有线连接的场合，无线通信技术便有了它的用武之地。

    目前，市场上已有多家公司推出应用于近距离通信的rf芯片产品，如工作在2.4 ghz的nrf24e1(nordic)、cc1020/2500(chipcon)，工作在300~450 mhz的max7044/7033(maxim)等。不少嵌入式应用也采用了这类技术，但它们大部分只提供解决无线通信的射频通道，没有标准规范（或采用自己的专用标准）来制定mac层、链路层和网络层的通信协议，不具备兼容性；对通信的控制软件完全依赖目标系统设计，由用户自己完成，不仅额外增加了工作量，而且编制代码的可靠性、效率都较低，对组网应用更可能存在问题；不同厂家的产品不具备互操作能力，不具有通用性。 zigbee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准。它出现的时间较短，2004年底才由zigbee联盟发布了1.0版本规范，尚未进入大规模的商业化生产和应用；但是，它的上升势头十分明显，已有chipcon、freescale、compxs、ember四家公司在今年4月通过了zigbee联盟对其产品所作的测试和兼容性验证。预计从2006年开始，基于zigbee的无线通信产品和应用会迅速得到普及和高速发展。

    1 zigbee技术及应用

    1.1 主要技术特点

    zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳zigzag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含寓意。

    zigbee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、mac层和链路层采用了ieee802.15.4（无线个人区域网）协议标准，但在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用会聚层和高层应用规范(api)由zigbee联盟进行了制定，整个协议架构如图1所示。

    zigbee是以一个个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、片状或网状网络，因此，每个节点的功能并非都相同。为降低成本，系统中大部分的节点为子节点，从组网通信上，它只是其功能的一个子集，称为精简功能设备；而另外还有一些节点，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称之为全功能设备(也称为协调器)，如图2所示。

    zigbee的特点突出，尤其在低功耗、低成本上，主要有以下几个方面：

    ① 低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。这是zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、wifi可工作数小时。

    ② 低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32 kb代码，子功能节点少至4 kb代码，而且zigbee免协议专利费。

    ③ 低速率。zigbee工作在20~250 kbps的较低速率，分别提供250 kbps(2.4 ghz)、40 kbps(915 mhz)和20 kbps(868 mhz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

    ④ 近距离。传输范围一般介于10～100 m之间，在增加rf发射功率后，亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

    ⑤ 短时延。zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15 ms，节点连接进入网络只需30 ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3~10 s、wifi需要3 s。

    ⑥ 高容量。zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65 000个节点的大网。

    ⑦ 高安全。zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(acl)防止非