Zigbee实现智能家庭网络

1 引言

智能家庭一直是现代科学技术的一个发展方向。在您的家里，您可以使用一个简单的控制器就能控制室内空调系统的运行，同时还可以用它来控制每个房间灯光的开关和明暗、窗帘的闭合和打开。家里如果有老年人或是行动不便者，还可以用它作为紧急呼叫器，电视机和音响也能用它来进行控制。这样的一个万能遥控器用 Zigbee技术就能实现。而且不仅如此，如果在您的键盘、鼠标、游戏摇杆上装有 Zigbee元件，它们也都可以变成无线的。 Zigbee还能装载在家中的烟雾侦测器、门禁系统中，成为您家中安全的保障。

2 Zigbee技术

Zibee设备是一种拓展性强，易布建，低成本的无线网络设备，具有低耗电、双向传输和感应功能等特点。Zibee技术的物理层和MAC层标准的制定工作是在IEEE802.15.4任务组中进行。IEEE在2000年 12月成立了802.15.4小组，致力于对较长使用寿命 (电池可以维持数月至数年)、低复杂度、可应用于传感器、互动玩具、智能标记、远程控制和自动化家庭的低速率通信解决方案的研究。IEEE 802.15.4标准在 2003年5月通过。

Zigbee设备工作在2.4GHz全球通用ISM频段和 868MHz(欧洲ISM频段)／915MHz(北美ISM频段)3 个频段，采用二进制相移键控(BPSK)、偏移正交相移键控(O-QPSK)调制方式，发射功率在-3dBm以上，速率可以到达20／40／250kbit／s。具体的物理层参数指标参见表1。

IEEE 802.15.4定义了一种可选的MAC层超帧结构，超帧包括活跃(Active)和非活跃(Inactive)两部分。在非活跃部分，设备可以进入低功耗模式(休眠状态)；在活跃部分又分为竞争期和非竞争期，竞争期提供给以CSMA-CA方式接人的设备使用，非竞争期由若干保障时隙组成，提供给某些需要保留一定数据带宽的设备。这种超帧结构体现了IEEE 802.15.4低功耗的一大特点，非活跃期的引入限制了设备之间收发信机的开通时间，在无数据传输时使它们处于休眠状态，从而大大节省了功率开支。

Zigbee设备分为全功能设备和精简功能设备，精简功能设备相对全功能设备协议栈简单并且内存更小，只能和某个全功能设备进行交互。而全功能设备具有完备的IEEE 802.15.4协议功能，能与其传输范围内的任何节点进行交互。两种设备相互组合，可以组成网状网络、星型网络和树型网络。

Zigbee是第一种用于传感器与制动器等监测和控制应用的开放无线标准。Zigbee采用网格网络 (MeshNetwork)分布式网络架构，可提供多条传输路径，故能提高网络的可靠性和扩展性。网格网络分布式网络架构的自我修复能力同时能使Zigbee网络稳定可靠，亦即网络只要包含足够的路由器节点，就算某个路由器节点发生问题，例如操作环境包含Wi-Fi 等同样使用ISM频带的干扰源，数据仍能经由其它路径抵达目的地，Zigbee网络即可稳定工作。

作者：李云洁   来源：泰尔网