ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低成本、低功耗的无线网络技术。它采用直接序列扩频（DSSS）技术，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz，都是无须申请执照的频率。基于ZigBee技术配置无线个域网络是近年来近距离无线通信技术的一种新发展，在工业自动化领域以及智能家居领域获得了越来越广泛的应用。

ZigBee网络配置
1 网络设备组成

ZigBee网络设备主要包括网络协调器、全功能设备和精简功能设备3类。

① 网络协调器
包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。功能是发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。

② 全功能设备
全功能设备（Full-Function Device，FFD）可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或精简功能装置（RFD）联结。FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。其设备特性如下。

● 附带由标准指定的全部IEEE 802.15.4功能和所有特征；
● 更强的存储能力和计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用；
● 也能用作终端设备。

③ 精简功能设备
精简功能设备（Reduced-Function Device，RFD）只能传送信息给FFD或从FFD接收信息，其设备特性如下。

● 附带有限的功能来控制成本和复杂性；
● 在网络中通常用作终端设备；
● RFD由于省掉了内存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。

2 网络节点类型
从网络配置上，ZigBee网络中有3种类型的节点：ZigBee协调点、ZigBee路由节点和ZigBee终端节点。

① ZigBee协调点
ZigBee协调点在IEEE 802.15.4中也称为PAN（Personal Area Network）协调点（ZigBee Coordinator，ZC），在无线传感器网络中可以作为汇聚节点。ZigBee协调点必须是FFD，一个ZigBee网络只有一个ZigBee协调点，它往往比网络中其他节点的功能更强大，是整个网络的主控节点。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。ZigBee协调点是3种类型ZigBee节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。

② ZigBee路由节点
ZigBee路由节点（ZigBee Router，ZR）也必须是FFD。ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。此外，ZigBee路由节点还可以在它的个人操作空间（POS，Personal Operating Space）中充当普通协调点（IEEE 802.15.4称为协调点）。普通协调点与ZigBee协调点不同，它仍然受ZigBee协调点的控制。

③ ZigBee终端节点
ZigBee终端节点（ZigBee EndDevice，ZE）可以是FFD或者RFD，它通过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络，ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。

3 网络工作模式
ZigBee网络的工作模式可以分为信标（Beacon）和非信标（Non-beacon）2种模式，信标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度的功耗节省，而非信标模式则只允许ZE进行周期性休眠，ZC和所有ZR设备必须长期处于工作状态。

信标模式下，ZC负责以一定的间隔时间（一般在15ms～4min）向网络广播信标帧，2个信标帧发送之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区2个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。

非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为ZE子节点缓存数据，ZE主动向其父节点提取数据的机制，实现ZE的周期性（周期可设置）休眠。网络中所有父节点需为自己的ZE子节点缓存数据帧，所有ZE子节点的大多数时间都处于休眠模式，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms。

网络拓扑结构
IEEE 802.15.4网络根据应用的需要可以组织成星型网络，也可以组织成点对点网络。在星型结构中，所有设备都与中心设备PAN网络协调器通信。在这种网络中，网络协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。与星型网不同，点对点网络只要彼此都在对方的无线辐射范围之内，任何2个设备都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器，负责实现管理链路状态信息，认证设备身份等功能。点对点网络模式可以支持Ad Hoc网络，允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。不过一般认为自组织问题由网络层来解决，不在IEEE 802.15.4标准讨论范围之内。点对点网络可以构造更复杂的网络结构，适合于设备分布范围广的应用，例如，在工业检测与控制、货物库存跟踪和智能农业等方面有非常好的应用背景。

由于树状网络和网状网络具有在多个网络之间路由数据包的功能，因而被称为多跳网络，而星形网络则被称为单跳网络。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。其有2种类型的多点接入机制，在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，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识为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时，隙内所有节点竞争接入信道。

虽然网络拓扑结构的形成过程属于网络层的功能，但IEEE 802.15.4为形成各种网络拓扑结构提供了充分支持。在规划设计时，通常需要考虑网络容量和时延。ZigBee标准的网络容量虽然可以支持到最多65535个网络节点，但每2个相邻节点完成一次通信需要15ms时间，所以在实际应用中需要考虑网络覆盖范围和响应时间。单点容量大了，覆盖范围扩充不大；响应时间大了，应用业务实现不了。这就需要根据应用环境的不同，设计有效的网络拓扑组合来满足各种不同应用。

1 星型网络
星形网络是一个辐射状系统，数据和网络命令都通过中心节点传输。在这种路由拓扑中，外围节点需要直接与中心节点无线连接，某个节点的冲突或者故障将会降低系统的可靠性。星形网络拓扑结构最大的优点是结构简单，因为很少有上层协议需要执行，设备成本低、较少的上层路由管理；中心节点承担绝大多数管理工作，如发放证书和远距离网关管理等。缺点是：灵活性差，因为需要把每个终端节点放在中心节点的通信范围内，必然会限制无线网络的覆盖范围；而且，集中的信息涌向中心节点，容易造成网络阻塞、丢包、性能下降等情况。

星型网络以网络协调器为中心，所有设备只能与网络协调器进行通信，因此在星型网络的形成过程中，第一步就是建立网络协调器。任何一个FFD设备都有成为网络协调器的可能，一个网络如何确定自己的网络协调器由上层协议决定。一种简单的应用策略是：一个FFD设备在第一次被激活后，首先广播查询网络协调器的请求，如果接收到回应说明网络中已经存在网络协调器，再通过一系列认证过程，设备就成为了这个网络中的普通设备。如果没有收到回应，或者认证过程不成功，这个FFD设备就可以建立自己的网络，并且成为这个网络的网络协调器。当然，这里还存在一些更深入的问题，一个是网络协调器过期问题，如原有的网络协调器损坏或者能量耗尽；另一个是偶然因素造成多个网络协调器竞争问题，如移动物体阻挡导致一个FFD自己建立网络，当移动物体离开的时候，网络中将出现多个协调器。