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以zigbee规范构建一个大规模的无线传感网络
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（完整内容请下载后查看）2013 年第 1 期
（总第 123 期）
信息通信
2013
INFORMATION & COMMUNICATIONS
（Sum. No 123）
以zigbee 规范构建一个大规模的无线传感网络
李舸帆
（内蒙古大学电子信息工程学院，内蒙古呼和浩特
）
010021
摘要：在对zigbee 的安全规范、应用层协议、网络层、媒体控制访问层和物理层进行简单分析的基础上，对于zigbee 技术
的无线传感器网络的组建流程、分配地址模式及体系结构进行初步探讨，最终提出具体的实现“以zigbee 技术为基础的
现代家居智能化无线传感网络”的计划。
关键词：zigbee 技术；无线传感网络；构件流程
中图分类号：TN925
文献标识码：A
文章编号：1673-1131（2013）01-0152-01
以自组织为形成方式，由分散的微型传感器所构成的特殊
网络即为无线传感网络，它能够对数据进行应用传输、融合处
理以及景化采集，比之于有线传感网络，其特点是具有较高的
可靠性、较强的灵活性、较小的功耗以及较低的成本。由于在
技术要求方面，传统网络与传感器网络的差异较为明显，为了
在监测工业和控制家庭时，能够使用成本更低、功耗更小的无
线传感网络，zigbee 技术以其功耗低、距离短的特点应运而生。
作为一种无线局域网，zigbee网络是没有基础构架的，此类
架构对于网络内部的设备数量是毫无限制的，同时可确保无线
通信链路能够随时建立起来。组建网络分为如下四个主要阶段：
2.3.1 准备初始化阶段
通电后，通过对空闲信道的扫描，协调器开始对网络进行
建立，包含在扫描过程中，以当前频带的首个信道作为起始，
建网帧开始由协调器进行发送。若在相同信道内含有其他协
调器，则它会对建网帧进行响应，原有协调器便默认该信道已
被占用，继续切换至下以信道同时对上述过程进行重复，直至
没有其他协调器对其进行响应的信道位置。
1 zigbee 技术
作为一种双向的无线通信技术，zigbee 技术的特点是成本
低、数据速率低、功耗低、复杂度低以及距离近等，是一组以
IEEE802.15.4 无线标准为基础，开发出的有关应用、安全和组
网方面的技术，对于远程控制和自动控制领域非常适合。其
工作的主要领域为：无须注册的医药、科学和工业频段。Zigbee
协议栈建立的基础，是标准的开放互连系统模型，将和预定功
能相关的层进行定义。最底的两层由IEEE802.15.4 标准进行
了定义：媒体控制访问层和物理层。以此为基础，zigbee 联盟
对于应用层和网络层的框架进行了定义，当中应用层框架涵
盖了制造商定义的应用对象、zigbee 设备对象以及应用支持子
层，同时标注化了编程应用接口和网络层协议。因为协议的
非独立性，因为zigbee 为安全层提供了一套软件和安全类，以
确保真实、一致和机密的MAC 层帧，并且zigbee 联盟对于兼
容性测试和互操作性的规范也给予了最终制定。
2.3.2 网络配置过程
完成初始化协调器之后，开始对网络请求进行监听，对于
终端节点的入网请求随时进行响应。若有信号请求入网，则
立即发出BEACON 信号对于该请求予以响应，之后对该请求
信号地址进行侦听。同时将分配地址信号进行发送给唯一的
节点地址，并等到确认接收。当节点地址发回确认接收信号
后，便对其邻接地址表进行更新。
2.3.3 入网过程
当出现想要加入网络的终端设备时，第一步需发出 BEA-
CON_REQ 帧，以便对协调器是否存在进行检测。当确认协调器
在某一信道上存在时，立刻将入网请求发出，在得到协调器回复
信号后，便将ADDRESS_REQ信号发给协调器，之后等待对AD-
DRESS_SSIGN 信号的接收。在将分配地址进行接收后，自身地
址由节点进行记录，并将ADDRESS_ACK 信号反馈给协调器。
2.3.4 离网过程
2 构建zigbee 无线传感网络
2.1 设备功能和分类
想要离开网络时，终端设备先向协调器发出请求离网信
号，之后状态进入等待回复中；当离网信号传至协调器时，协调
器将与此节点相关的绑定表和Neighbour table 进行删除，将确
认信号返回到子节点，待发至终端设备后，离网过程即告完成。
物理设备中，有两类是能够被zigbee 网络予以支持的，即：
RFD 和FFD。
RFD：拓扑星型结构是其唯一支持的，无法作为网络协调
器，不过其简单的内部电路使其节能和实现的效果非常显著。
FFD：对于所有的拓扑结构都能够支持，能够作为网络协
调器，可以实现与所有设备进行通信。
3 结语
作为时近兴起的无线网络技术，zigbee 对于低速率、低功
耗和低成本无线通信市场的空缺作了有效的弥补，其应用前
景十分广阔。通过详细讨论组建zigbee 无线传感网络的流程，
分析了以zigbee 技术为基础，设计及开发无线传感网络系统
的方案。经过实践表明，以zigbee 技术为基础而组建的无线
传感网络具有很高的稳定性和可靠性，作为智能家居的实现
方式十分理想。
2.2 分配地址模式
全部的zigbee 设备都将得到一个64bit 的IEEE 地址，该
设备地址是全球唯一的，必须经过zigbee 联盟的分配和许可。
在子网里，将以个16bit 的地址进行单独分配，用以充当网内
的通信地址，以便能够对数据报的大小进行减小。有两种地
址模式：（1）星型拓扑：设备标识+网络号；（2）点对点拓扑：直
接致用目的地址/电源。用此模式分配地址，能够使单个的zig-
bee网络协调器所支持的设备超过64000 个，同时更大规模的
网络可以经由互连多个协调器进而实现，网络的规模在逻辑
上取决于该应用对数据重传和丢失的容纳限度、节点设备的
通信频率以及所选择的频段。
参考文献：
[ ]
1 李建中，李金宝，石胜飞.传感网络及其数据管理的概念、
[ ]
问题与进展 J .软件学报，2003
[ ]
[ ]
2 胡建栋. 现代无线通信技术 M . 北京：机械工业出版社，
2003：80-100
2.3 组建zigbee 网络流程
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全部评论(1)
2019-09-18 12:26:28suxindg
谢谢分享