基于EM250的ZigBee无线传感器网络解决方案

　　ZigBee协议框架

　　ZigBee协议是一种低成本、低功耗、低速率嵌入式设备互相间及与外界网络通信的组网解决方案，它是ZigBee联盟基于 IEEE 802.15.4技术标准物理层和媒体访问控制层(MAC层)协议对网络层协议和API进行标准化而制定的无线局域网组网、安全和应用软件方面的技术标准。

　　ZigBee协议栈结构如图1所示。

　　ZigBee协议物理层和媒体访问控制层采用了IEEE 802.15.4 2003协议规范。物理层无线频段为全球通用的 2.4GHz、欧洲适用的868MHz、美国适用的915MHz，使用直接序列扩频技术，提供27个信道，20Kb/s、40Kb/s、 250Kb/s三种数据速率用于数据收发。物理层功能包括了激活和休眠射频收发器、信道能量检测、信道接收数据包的链路质量指示、空闲信道评估、收发数据等。

　　ZigBee的MAC层负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传送和接收，采用载波侦听多址/冲突避免接入方式，数据包的最大长度为127字节，每个数据包均由头字节和16位CRC校验值组成。

　　网络层为ZigBee协议栈的核心部分，实现节点接入或离开网络、路由查找及传送数据等功能，支持星形、树形、网络三种拓扑结构，网络拓扑结构根据具体的ZigBee应用来选择。节点按功能分为全功能设备(FFD)、简化功能设备(RFD)、协调器(ZCRD)和路由器，协调器与路由器通常也是全功能设备。

　　ZigBee的应用层包括了应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商制订的应用对象。应用支持子层负责维护绑定表，根据服务和需求在两个绑定实体间传递信息。ZDO负责定义设备节点在网络中的角色，并负责网络设备的发现，决定提供何种应用服务，还负责初始化或响应绑定请求及建立网络设备间安全关系。

　　ZigBee网络采用多点接入，有使能信标网络或不使能信标网络两种类型。使能信标的网络中，协调器在预定义的时隙周期性发送信标帧用于节点关联、加入网络、同步传送数据。在不使能信标的网络中，协调器也周期性发送信号，但这只用于终端设备并检测协调器的存在，设备要随时准备好进行点对点通信，通过发送数据请求和应答进行通信。

　　ZigBee支持两种类型的数据格式：KVP关键值对及MSG消息帧。一般KVP帧采用命令响应机制，用于传输一个简单的属性变量值;而MSG帧还没有一个具体格式上的规定，通常用于多信息，复杂信息的传输，其支持二进制数据传输，数据大小受支持的帧大小限制。

　　在安全方面，ZigBee采用IEEE 802.15.4媒体访问控制子层的安全模型，其规范了四个方面的安全服务，即访问控制、数据加密、帧完整性检查及采用顺序更新值防止帧重放。