欧敏铨

　　无线技术在人们的生活中愈来愈重要，目前市场上的焦点技术包括wi-fi、3g/hsdpa、wimax、uwb、蓝牙等等，这些技术都与人们直接存取数据的应用有关，例如上网、下载影音文件或拨打电话。不过，有另一类无线应用也正在快速的发展中，此类应用与人们的使用虽不一定直接相关，但对生活的便利性也有相当大的帮助。

　　这就是所谓的无线传感或控制网络，其应用领域非常广，只要是具有控制或传感功能的电子设备，在加入无线通讯功能后，再结合适当的网络拓朴机制，就能组成具有自动控制、传感及监控等功能的电子设备网络系统，例如可用于家庭看护监控、入侵监控、家电自动化、工厂作业监控、资产出货管理及环境监测等等。

　　这种网络系统有一些特性，与我们常用的网络很不相同，这些特性大致整理如下：
*它们只需传输有限的数据，因此不会要求高速的带宽；
*无线收发器的传输距离不需太远，但要能与邻近节点形成可靠的网络；
*这类装置通常使用电池做为电源，而且需要有长时间的使用寿命，因此必须是非常省电的设计；
*这类装置的尺寸通常很小，因此内部的元件集成度要高；
*它们的使用环境可能极为严苛，所以耐用性要求甚高；
*网络布建的规模可能很大，因此建置及设备成本不能太高；
*在建置上需考虑节点及通讯网路在故障状况下的容错性。

　　能满足这些条件的无线技术并不多，zigbee正是专为此类应用而规划的技术，以下将介绍zigbee的重要技术规格及系统架构。

zigbee底层技术：ieee 802.15.4

　　zigbee是由zigbee alliance所制定的无线网络协议，此联盟是由50多家公司联合起草的，目前加入的公司已有大约200家，他们来自半导体业、软件开发商、终端产品制造商和服务供货商，其中一些来自电信业。会员中虽然有很多国际知名的厂商，但目前并没有真正能主导市场或技术发展的厂商。zigbee的第一个公开版本(zigbee v1.0)于2005年6月底公布，在2006年12月又制定了v1.1的新版本，此版本又称为zigbee 2006；从发布至今，市场上有超过30个兼容的平台。下一版v1.2正在如火如荼的制定中，预定在今年年中会公布，此版本又称为zigbee pro或zigbee 2007。

图1 zigbee节点结构模型

　　zigbee规范是专为大型网络而设计的，它最多能支持65536个网络节点。它的底层采用ieee 802.15.4标准规范的媒体存取层(mac)及物理层(phy)，能够满足无线控制及传感应用所需要的低传输率、低功耗、支持大量网络节点等条件。在无线射频部分，ieee 802.15.4支持2.4ghz(2450mhz)和868/915mhz两个频段，其中2.4ghz频段中可提供250kbit/s的物理层数据传输率，以及16个不同的信道；868/915mhz频段中，868mhz支持1个数据速率为20kbit/s的信道，915mhz支持10个数据速率为40kbit/s的信道。针对2.4ghz频段，802.15.4采用offset qpsk调变技术，并在868/915mhz的频段采用bit/sk，此做法能让功耗降到最低，也能减少设计复杂度。此外，它也导入直接序列扩频(dsss)技术，dsss采用全频带传送数据，使得原来较高的功率、较窄的频率变成较宽的低功率频率，以有效控制噪声。zigbee工作在iee802.15.4规范的ism频段，在欧洲是868mhz，在美国是915mhz，在其他国家主要是使用2.4 ghz频段。至于mac层方面，802.15.4规范了相邻设备间单跳数据通讯的规则，它负责设立与网络的同步，支持关联和去关联以及mac层安全：它能提供两个设备之间的可靠链接。

zigbee协定

　　再来看看zigbee协定。它的协议层从下到上分别为物理层(phy)、媒体存取层(mac)、网络层(nwk)和应用层(apl)等。网络装置的角色可分为zigbee 协调器(coordinator)、zigbee router、zigbee enddevice等三种。它支持星状(star)、网状(mesh)和网状-树状(mesh-tree)三种网络拓朴。其中星状网络最单纯，所有的信息都会路由到协调器，由协调器来发起一个网络、设定各项网络参数，并分派网络地址，这和网络集线器(hub)的架构很相似。

图2 zigbee协议层结构

1. 拓朴架构

　　zigbee网状网络是aodv(ad hoc on-demand distance vector routing)技术的修改版本，它使信息在节点之间传递，即便任何节点失效或掉线，数据仍能到达目的地，因此具有最佳的可靠性。协调器只需启动这个网络，建立后，就不用担心因某一点故障而造成网络不通。当有更多的收发器或节点加入，就会形成更密集的网络，进而提升其可靠度。

图3 各种网络拓扑

　　mesh-tree网络则采用c-skip算法，也就是依协调器、路由器和终端器的角色来决定节点的布局。每个路由器都知道自己的下属节点，当它收到讯号时，会使用一套公式来决定如何传送这