ZigBee技术与应用
我们知道，无线传感器网络的出现，将逻辑上的信息世界和客观的物理世界融合在了一起，改变了人与机器、人与自然的交互方式，它让我们触摸了自然、感知了客观的世界，而在其中，ZigBee是一种网络容量大、节点体积小、低功耗的无线通信技术，用它来组建无线传感器网络很适合。
一．ZigBee技术
ZigBee是一种低速无线个域网技术（Low Rate Wireless Personal Network, LRWPAN），它适用于通信数据量不大，数据传输速率相对较低，分布范围较小，对数据的安全可靠有一定的要求，而且要求成本和功耗非常低，并易安装使用的地方。它的特点主要是：（1）自动组网,网络容量大。Zigbee网络可容纳多达65000个节点网络中的任意节点之间都可迚行数据通讯。网络有星状、片状和网状。在有模块加入和撤出时，网络具有自动修复的功能。（2）网络时延短。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接迚入网络只需30ms，进一步节省了电能。（3）模块功耗低，通讯速率低。模块最有较小的发送接收电流，支持多种睡眠模式，一个10AH的电池，在Zigbee水表中可使用8年。Zigbee通讯速度最高可达250Kbps，适合用于设备间的数据通讯。（4）成本低。Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段，所以只需要先期的模块费用，不需要支付持续使用费用。
（5）可靠性好,安全性高。Zigbee具有安全可靠的发送接收机制，三种安全模式有效地保证了数据的发送。
（6）工作频段灵活。2.4GHz频段在全世界范围内是通用的，而868MHz(用于欧洲)及915MHz(用于美国)。传输的速率分别为250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s三个不同级别。
二．ZigBee网络结构
按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下向上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL），它们的作用分别是：
物理层，通过射频固件和硬件提供MAC层与物理无线信道之间的接口。物理层还包括物理层管理实体PLME，提供调用物理层管理功能的管理服务接口，并负责维护物理层PAN信息库（PHY PIB）。物理层通过物理层数据服务访问点提供物理层数据服务，通过物理层管理实体服务访问点提供物理层管理服务。
媒体访问控制层，MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC 实体之间可靠的链路。为设备的安全性提供支持，为设备的安全性提供支持，支持PAN链路的建立和断开，在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。
网络层，网络层规定了网络管理、路由管理及网络内的消息传输方式。网络管理是指通过建立网络、结点加入网络、网络地址分配等过程使网络结点相互认识的功能。网络层提供了数据服务实体NLDE 和管理服务实体NLME的访问接口，比便应用层调用。网络层数据实体与管理实体负责实现网络信息数据库的管理及维护。
应用层，应用层包括应用支持子层、应用架构、ZigBee设备对象以及厂商自定义的应用对象。应用框架是应用程序的运行环境，在应用框架中，应用程序通过应用支撑子层的服务访问点来完成数据收发。应用支持子层提供了应用层和网络层之间的接口，由应用支持子层数据APSDE和应用支持子层管理APSME提供数据和管理服务；数据实体和管理实体分别提供相应服务。
三．ZigBee网络拓扑
ZigBee支持包含有主从设备的星型、树簇型和网型网络结构三种。
1. 星型网络
星型网络拓扑的最大优点是结构简单。这种简单带来的优点是很少有上层协议需要执行、较低的设备成本、较少的上层路由信息和管理简便。中心节点可以承担许多管理工作，如：发放证书和远距离网关管理等。在星型网络拓扑结构的网络中有一个称为网络协调器的中央控制器和若干个从设备。协调器负责网络的建立和维护，它必须是
ＦＦＤ节点，而且一般来说应该有稳定的电能供给，不需要考虑耗能问题。从设备可以是ＦＦＤ节点，在大多数情况下是采用电池供电的ＲＦＤ节点，它只能直接与网络协调器进行数据通信，而与其他从设备之间的通信必须通过网络协调器转发。
2.树簇型网络
树型拓扑结构适合在分布范围相对较大的应用场合，若干个叶节点设备连接在一个全功能节点（ＦＦＤ）上形成一个“簇”，若干个“簇”再连接就形成“树＂，所以称为树簇型拓扑网络。树簇型拓扑网络网络拓扑结构中的大部分节点是ＦＦＤ，半功能节点（ＲＦＤ）只能作为叶节点处于树枝的末端。在这种网络中有一个主协调器，作为主协调器的节点，它有更多的资源、稳定可靠的供电特性等。
3.网型网络
网型网络是一个自由设计的拓扑，具有很高的适应环境的能力。网络中的每个节点都是一个小的路由器，都具有重新路由选择的能力，以确保网络最大限度的可靠性，可以看出网络中任意两个节点的通讯路径不是唯一的。网型拓扑与星型、树簇型相比，更加复杂，其路由拓扑是动态的，不存在一个固定可知的路由模式。
四．网络层的地址
在全球范围内，对于每一个采用IEEE 802.15.4规范的RF芯片，都分配了一个唯一的64位IEEE扩展地址序号。该IEEE扩展地址通常是在从半导体厂家购买芯片时分配的。当然，也可直接向IEEE申请地址分配。因为IEEE扩展地址在全世界不重复，所以，使用该地址不仅可以在PAN内部通信，也可以跨越PAN通信。
在ZigBee的网络层规定了短地址的定义方法，被定义的地址就是网络地址，ZigBee规范中采用的网络拓扑基本上是树丛型和mesh 型的组合型拓扑，用树丛型拓扑来构筑ZigBee网络的阶层结构时，根据结点在阶层上的位置来决定结点的网络地址。例如，地址“0”表示位于阶层结构塔的顶点的结点。
五．ZigBee技术的应用
随着ZigBee的进一步发展，采用ZigBee技术的无线网络应用领域逐渐出现在了很多方面，它可以应用在家里的照明、温度、安全、控制等各个方面。ZigBee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机等用具中，例如在灯泡中装置ZigBee模块，我们想要开灯，就不需要再走到墙壁开关处，直接可以通过遥控便可开灯。通过终端ZigBee设备可以收集家庭各种信息，传送到中央控制设备或是通过遥控达到远程控制的目的，这样就可以提供家居生活的自动化、网络化和智能化。在工业领域方面，利用传感器和ZigBee网络，使得数据可以自动采集、分析和处理，让操作变得更加容易。它还可以作为决策辅助系统的重要组成部分，例如危险化学成分的检测，火警的早期检测和预报，高速旋转机器的检测和维护等。在医学领域，借助各种传感器和ZigBee网络，可以准确而且实时地监测病人的血压、体温和心跳速度等信息，从而减少医生查房的工作负担。还有助于医生做出快速的反应，特别是对重病和病危患者的监护和治疗。在现代化农业领域，利用传感器可以将士壤湿度、氮浓度、ＰＨ值、降水量、气温、气压和采集信息的地理位置经ZigBee网络传送到中央控制设备当中。使农民能够及早而且准确地发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量。
如果说Internet构成了信息世界，那么，无线传感器网络改变了我们的交互方式。ZigBee技术的应用更是在现实社会里发挥了极其重要的作用。
