来源：21ic中国电子网 作者：电子科技大学 林炜 吴健

    摘 要：zigbee是专为低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议。本文介绍了基于ieee 802.15.4的无线网络协议zigbee的主要特征和应用领域，并且根据其特点，利用单片机和chipcon公司的cc2420实现了基于zigbee的无线网络应用。

    关键词：ieee 802.15.4 无线网络协议 zigbee cc2420

    zigbee是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议。zigbee协议的一些应用包括建筑自动化网络、建筑安防系统、工业控制网络、远程抄表以及pc外设。与其他无线协议相比，zigbee无线协议提供了低复杂性、缩减的资源要求，最重要的是它提供了一组标准的规范，并提供了三个工作频带，以及一些网络配置和可选的安全功能。

    1 zigbee协议概述

    1.1 ieee 802.15.4

    zigbee协议使用ieee 802.15.4规范作为介质访问层（mac）和物理层（phy）。ieee 802.15.4总共定义了3个频带：2.4ghz、915mhz和868mhz。每个频带提供固定数量的信道。例如，2.4ghz频带有16个信道（信道11－26）、915mhz频带提供10个信道（信道1－10）而868mhz频带提供1个信道（信道0）。

    协议的比特率由所选择的工作频率决定。2.4ghz频带提供的数据速率为250kpbs，915mhz频带提供的数据速率为20kbps。由于数据包开销和处理延迟，实际的数据吞吐量会小于规定的比特率。

    ieee 802.15.4 mac数据包的最大长度为127字节。每个数据包都由头字节和16位crc值组成。16位crc值验证帧的完整性。此外，ieee 802.15.4还可以选择使用应答数据传输机制。使用这种方法，所有特殊ack标志位置1的帧均会被它们的接收器应答。这就可以确定帧实际上已经被传递了。如果发送帧的时候置位了ack 标志位而且在一定的超时期限内没有收到应答，发送器将重复进行固定次数的发送，如仍无应答就宣布发生错误。注意接收到应答仅仅表示帧被mac层正确接收，而不表示帧被正确处理，这是非常重要的。接收节点的mac 层可能正确地接收并应答了一个帧，但是由于缺乏处理资源，该帧可能被上层丢弃。因此，很多上层和应用程序要求其他的应答响应。

    1.2 网络配置

    zigbee无线网络可采用多种类型的配置。

    星型网络配置由一个协调器节点（主设备）和一个或多个终端设备（从设备）组成。协调器是实现了一组很多zigbee服务的一种特殊的全功能设备（ffd）。终端设备可能是ffd或简化功能设备（rfd）。rfd是最小而且最简单的zigbee节点。它只实现了一组最小的zigbee服务。在星型网络中，所有的终端设备都只与协调器通信。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备，它会把数据发送给协调器，然后协调器依次将数据转发到目标接收器终端设备。星型拓扑结构如图1所示。

    图1 星型网络拓扑结构

    群集网络配置也是zigbee使用的一种网络配置结构。在群集网络中，终端设备既可以选择和协调器通信，也可以和路由器（router）通信。路由器有两个功能：一是增加网络中的节点数量，二是扩大网络的物理范围。有了路由器后，终端设备就不必安装在协调器的有效射频范围内。群集网络结构如图2所示。

    图2 群集网络拓扑结构

    和任何网络一样，zigbee网络也是多点接入网络，这意味着网络中的所有节点对通信介质的访问是同等的。有两种类型的多点接入机制。在没有使能信标的网络中，只有信道是空闲的，在任何时候都允许所有节点发送。在使能了信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的