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摘 要：无线网络技术为物联网的发展提供坚实的基础。该文从ZigBee协议的取名原理开始叙述，介绍了ZigBee协议的特性、四层网络体系结构、网络拓扑结构、组网设备分类等。为进一步深入学习提供参考依据。
关键词：ZigBee 无线网络 结构
中图分类号：TP393.03 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0029-01
1 ZigBee的由来
随着物联网技术的发展，成百上千个传感器之间的如何通信变得越来越重要，短距离无线通信技术成为一个重要的解决方案。目前，短距离无线通信方式有蓝牙、红外线、NFC、Wi-Fi、ZigBee而ZigBee无疑是最适合的通信技术。蜜蜂一旦发现花粉，就会用飞翔和抖动翅膀的方式来向同伴说明花粉所在的位置、距离、方向等信息，因此，每一个蜜蜂成为通信点，最终构成一个群体的通信网络。这就是ZigBee名称的由来，是未来最具市场前景的无线通信技术。
ZigBee无线网络就是IEEE 802.15.4协议网络，它由四层网络体系结构组成，分别为物理层、数据链路层、网络层、应用层。
1.1 物理层
主要负责无线信号频段、功率设置，数据的发送与接收。使用频段共有三个，公共自由频段2.4 GHz，868 MHz和915 MHz分别分配给欧洲和美国使用。
1.2 数据链路层
数据链路层可以细分为逻辑链路控制层和介质访问控制层，逻辑链路层主要提供数据包的分段、重组、传输顺序服务，并为数据传输的可靠性提供保障。介质访问控制层主要负责无线传输线路的建立、维护和拆除，信道控制、帧校验等管理。
1.3 网络层
主要负责网络节点的加入和离开，路径设置，网络拓扑结构的建立，并进行安全密钥的设置。
1.4 应用层
为用户提供各种实际运用服务。
2 ZigBee协议的特性
耗电量小。针对无线网络供电困难问题，减少网络节点的工作周期、降低数据收发的功率、自动切换休眠状态（ZigBee在不工作时，自动进入休眠状态，传送数据时，自动唤醒），因些在正常情况下，普通电池可以供电12个月左右。
可靠性高。使用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）[1]机制，当客户端发送数据后，只有等到服务端返回确认信号后，数据才算发送成功。
成本低。由于协议设计简单，普通8位处理器，4kbyte ROM就可以满足要求，研发成本也可以降到最低。
网络节点容量大。最多可支持255个设备进行通信。
安全性高。协议采用了AES128加密算法，提供数据鉴别功能和完整性验证。网络节点之间的通信都必须通过加密进行收发。
3 ZigBee的网络设备
在ZigBee网络中共有以下几种节点类型
终端节点ZED（ZigBee End Device）它是网络的未端节点，内存小，功耗低、可以进行睡眠和唤醒状态的切换，只进行数据的接收和发送。
协调节点[2]ZC（ZigBee Coordinator）启动后进行网络的配置（信标、信道、频段、网络地址分配等），管理其它网络设备的加入，并实现相应的路由功能。
路由节点ZR（ZigBee Router）当其它节点节点加入后，重新计算路由信息，添加相关节点的路由信息，实现网络节点间的通信。
针对节点的功能不同，可以将网络设备进一步简化，可分为FFD（full-function device）、RFD（reduced-function device），RFD只负责接收或发送来FFD的信息，相对功能简单，可以节省掉部分内存和电路，从而降低硬件成本，只需简单的8位处理器就可以实现功能。
FFD具有充足的存储容量来存放路由信息，数据处理控制能力相较强，可以担任网络ZC或ZR，构成网络，从而让其它设备加入，继承802.15.4协议的所有功能特性。
4 ZigBee网络拓扑结构种类
4.1 星型拓扑结构
星型网络是由一个ZC或ZR和一个或多个ZED节点组成。在星型结构中FFD设备即作为ZC设备，又作为ZR设备。它负责整个网络的搭建与管理，上电后，开始检测网络环境，确定自己的频段，设定自己的信道，统一定义整个网络的标识符，最终完成网络的组建。在完成组网后，ZR通过计算，生成相应的路由表，确定到达各个末端结点的路径。而其它节点都为RFD设备，分部在ZC周围，直接由ZC负责与它们进行管理和通信。ZigBee星型拓扑结构受无线距离影响，这种结构运用的比较少。
4.2 树型拓扑结构
它是以ZC为中心，向一个方向延伸出多个中间节点ZR和多个末节点ZED，所有的叶节点是RFD设备，根节点（ZC）负责整个网络的构建。由于到叶节点的信息传输，只有一条路径，而一旦线路破坏，信息就无法传输，因此，网络稳定性不佳。在数据传输量不大，需要一定的传输距离的，可以选择树型结构。
4.3 网状拓扑结构
网状拓扑结构可以自由组网，因此具体很强的适应环境能力。在网络中只要是在ZR可以通信的范围内，都可以添加设备，因此，该结构是无序的复杂网络结构，网状拓扑通过不断添加ZR来增大网络的覆盖范围。由于网状结构，是自由组网，路由表必须是在不段的更新当中，网络传输质量受链路状态、路由选择算法[3]影响较大。适用于网络复杂的场合。
参考文献
[1] 彭燕.基于ZigBee的无线传感网络研究[J].现代电子技术，2011（5）.
[2] 赖联有.ZigBee协议分析及其实现[J].齐齐哈光华大学学报，2010（1）.
[3] 夏少波.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].山东通信技术，2009（4）.
关键词：ZigBee 无线网络 结构
中图分类号：TP393.03 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0029-01
1 ZigBee的由来
随着物联网技术的发展，成百上千个传感器之间的如何通信变得越来越重要，短距离无线通信技术成为一个重要的解决方案。目前，短距离无线通信方式有蓝牙、红外线、NFC、Wi-Fi、ZigBee而ZigBee无疑是最适合的通信技术。蜜蜂一旦发现花粉，就会用飞翔和抖动翅膀的方式来向同伴说明花粉所在的位置、距离、方向等信息，因此，每一个蜜蜂成为通信点，最终构成一个群体的通信网络。这就是ZigBee名称的由来，是未来最具市场前景的无线通信技术。
ZigBee无线网络就是IEEE 802.15.4协议网络，它由四层网络体系结构组成，分别为物理层、数据链路层、网络层、应用层。
1.1 物理层
主要负责无线信号频段、功率设置，数据的发送与接收。使用频段共有三个，公共自由频段2.4 GHz，868 MHz和915 MHz分别分配给欧洲和美国使用。
1.2 数据链路层
数据链路层可以细分为逻辑链路控制层和介质访问控制层，逻辑链路层主要提供数据包的分段、重组、传输顺序服务，并为数据传输的可靠性提供保障。介质访问控制层主要负责无线传输线路的建立、维护和拆除，信道控制、帧校验等管理。
1.3 网络层
主要负责网络节点的加入和离开，路径设置，网络拓扑结构的建立，并进行安全密钥的设置。
1.4 应用层
为用户提供各种实际运用服务。
2 ZigBee协议的特性
耗电量小。针对无线网络供电困难问题，减少网络节点的工作周期、降低数据收发的功率、自动切换休眠状态（ZigBee在不工作时，自动进入休眠状态，传送数据时，自动唤醒），因些在正常情况下，普通电池可以供电12个月左右。
可靠性高。使用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）[1]机制，当客户端发送数据后，只有等到服务端返回确认信号后，数据才算发送成功。
成本低。由于协议设计简单，普通8位处理器，4kbyte ROM就可以满足要求，研发成本也可以降到最低。
网络节点容量大。最多可支持255个设备进行通信。
安全性高。协议采用了AES128加密算法，提供数据鉴别功能和完整性验证。网络节点之间的通信都必须通过加密进行收发。
3 ZigBee的网络设备
在ZigBee网络中共有以下几种节点类型
终端节点ZED（ZigBee End Device）它是网络的未端节点，内存小，功耗低、可以进行睡眠和唤醒状态的切换，只进行数据的接收和发送。
协调节点[2]ZC（ZigBee Coordinator）启动后进行网络的配置（信标、信道、频段、网络地址分配等），管理其它网络设备的加入，并实现相应的路由功能。
路由节点ZR（ZigBee Router）当其它节点节点加入后，重新计算路由信息，添加相关节点的路由信息，实现网络节点间的通信。
针对节点的功能不同，可以将网络设备进一步简化，可分为FFD（full-function device）、RFD（reduced-function device），RFD只负责接收或发送来FFD的信息，相对功能简单，可以节省掉部分内存和电路，从而降低硬件成本，只需简单的8位处理器就可以实现功能。
FFD具有充足的存储容量来存放路由信息，数据处理控制能力相较强，可以担任网络ZC或ZR，构成网络，从而让其它设备加入，继承802.15.4协议的所有功能特性。
4 ZigBee网络拓扑结构种类
4.1 星型拓扑结构
星型网络是由一个ZC或ZR和一个或多个ZED节点组成。在星型结构中FFD设备即作为ZC设备，又作为ZR设备。它负责整个网络的搭建与管理，上电后，开始检测网络环境，确定自己的频段，设定自己的信道，统一定义整个网络的标识符，最终完成网络的组建。在完成组网后，ZR通过计算，生成相应的路由表，确定到达各个末端结点的路径。而其它节点都为RFD设备，分部在ZC周围，直接由ZC负责与它们进行管理和通信。ZigBee星型拓扑结构受无线距离影响，这种结构运用的比较少。
4.2 树型拓扑结构
它是以ZC为中心，向一个方向延伸出多个中间节点ZR和多个末节点ZED，所有的叶节点是RFD设备，根节点（ZC）负责整个网络的构建。由于到叶节点的信息传输，只有一条路径，而一旦线路破坏，信息就无法传输，因此，网络稳定性不佳。在数据传输量不大，需要一定的传输距离的，可以选择树型结构。
4.3 网状拓扑结构
网状拓扑结构可以自由组网，因此具体很强的适应环境能力。在网络中只要是在ZR可以通信的范围内，都可以添加设备，因此，该结构是无序的复杂网络结构，网状拓扑通过不断添加ZR来增大网络的覆盖范围。由于网状结构，是自由组网，路由表必须是在不段的更新当中，网络传输质量受链路状态、路由选择算法[3]影响较大。适用于网络复杂的场合。
参考文献
[1] 彭燕.基于ZigBee的无线传感网络研究[J].现代电子技术，2011（5）.
[2] 赖联有.ZigBee协议分析及其实现[J].齐齐哈光华大学学报，2010（1）.
[3] 夏少波.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].山东通信技术，2009（4）.