PC外设:无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等;
工业控制:利用传感器和ZigBee网络使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易;
医疗设备控制:医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等;
交互式玩具。
三、ZigBee协议栈
ZigBee协议栈结构(图1)是基于标准OSI七层模型的,包括高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体接入层和物理层。
图1 ZigBee协议栈
IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两者均基于直接序列扩频(DirectSequenceSpread Spectrum,DSSS) 技术。868MHz只有一个信道,传输速率为20kb/s;902MHz~928MHZ频段有10个信道,信道间隔为2MHz,传输速率为40kb/s。以上这两个频段都采用BPSK调制。2.4GHz~2.4835 GHz频段有16个信道,信道间隔为5MHz,能够提供250kb/s的传输速率,采用O-QPSK调制。为了提高传输数据的可靠性,IEEE 802.15.4定义的媒体接入控制(MAC)层采用了CSMA-CA和时隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手协议。应用汇聚层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上,主要包括安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现和业务发现。
四、ZigBee网络配置
低数据速率的WPAN中包括两种无线设备:全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。其中,FFD可以和FFD、RFD通信,而RFD只能和 FFD通信,RFD之间是无法通信的。RFD的应用相对简单,例如在传感器网络中,它们只负责将采集的数据信息发送给它的协调点,并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。RFD占用资源少,需要的存储容量也小,成本比较低。
在一个ZigBee网络中,至少存在一个FFD充当整个网络的协调点,即PAN协调点,ZigBee中也称作ZigBee协调点。一个ZigBee 网络只有一个PAN协调点。通常,PAN协调点是一个特殊的FFD,它具有较强大的功能,是整个网络的主要控制者,它负责建立新的网络、发送网络信标、管理网络中的节点以及存储网络信息等。FFD和RFD都可以作为终端节点加入ZigBee网络。此外,普通FFD也可以在它的个人操作空间(POS)中充当协调点,但它仍然受PAN协调点的控制。ZigBee中每个协调点最多可连接255个节点,一个ZigBee网络最多可容纳65535个节点。五、ZigBee网络的拓扑结构
ZigBee网络的拓扑结构主要有三种,星型网、网状(mesh)网和混合网。
星型网(图2-a)是由一个PAN协调点和一个或多个终端节点组成的。PAN协调点必须是FFD,它负责发起建立和管理整个网络,其它的节点(终端节点)一般为RFD,分布在PAN协调点的覆盖范围内,直接与PAN协调点进行通信。星型网通常用于节点数量较少的场合。
Mesh网(图2-b)一般是由若干个FFD连接在一起形成,它们之间是完全的对等通信,每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信。Mesh网中,一般将发起建立网络的FFD节点作为PAN协调点。Mesh网是一种高可靠性网络,具有“自恢复”能力,它可为传输的数据包提供多条路径,一旦一条路径出现故障,则存在另一条或多条路径可供选择。
图2 ZigBee拓扑结构