ZigBee技术在物联网系统中的应用研究

　　引言

　　随着互联网技术、无线传感技术、信息处理技术的快速发展，物联网技术得到越来越多的重视。2003年，美国《技术评论》提出物联网将是未来改变 人们生活的十大技术之首，物联网是在计算机互联网的基础上，利用电子商品代码EPC、RFID、无线数据通信等技术，构造的一个覆盖世界上万事万物的信息 网络，是独立于EPC系统和互联网技术整合的产物。物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。

　　ZigBee技术是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术，它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技 术。它使用频段是全球通用的2.4GHz，该标准定义了在IEEE 802.15.4物理层(PHY)和标准媒体访问控制层(MAC)上的网络层及支持的应用服务，ZigBee联盟联盟的长期目标是能够建立基于互操作平台 和配置文件的可伸缩、低成本嵌入式基础架构。物联网开发平台的搭建，对促进研究成果的转化和产学研对接也具有十分重要的意义，为最终实现“物联网”提供了 一条简单、可行的途径。

　　1 物联网开发平台硬件设计

　　物联网技术核心关键就是射频识别技术(RFID)，基本的RFID系统至少包含阅读器(Reader)和RFID标签(Tag)，它具有读取速 度快、存储空间大、工作距离远、穿透性强、工作环境适应强、可重复使用等多种优势。RFID标签由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码，标签附着 在物体上以表示目标对象。射频识别RFID系统框架如图1所示。

　　物联网另一个重要技术是无线传感网络技术，ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络，Zi-gBee技术以其经济、可靠、高效等优点在物联网技术中有着良好的应用前景。

　　ZigBee网络存在3种逻辑设备类型：协调器、路由器和终端设备。ZigBee网络由一个协调器以及多个路由器和多个终端设备组成。 ZigBee网络的拓扑结构主要有3种：星型、树状和网状网络结构。ZigBee协议规范使用了IEEE802.15.4定义的物理层(PHY)和媒体介 质访问控制层(MAC)，并在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)架构。ZigBee协议的体系结构如图2所示。

　　ZigBee硬件电路上采用TI/Chipcon公司开发的2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系统解决方案CC2430/CC2431无线单片机。它免费提供ZigBee联盟认证的全面兼容的 IEEE.80215.4—2003协议规范和ZigBee 2006协议规范的协议栈源代码和开发文档，集单片机仿真器、编程器、ZigBee协议分析仪、图片点阵LCD显示屏、高性能语音电路、Joystick 及几种典型模拟组件为一体的开发母版，实现TI/Chipeon公司提供的ZigBee开发软件的完全无缝连接。CC2430整合了2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee RF收发机CC2420以及工业标准的增强型8051MCU的卓越性能，还包括了8KB的SRAM、大容量闪存以及许多其他强大特性。CC2430在接收 机传输模式下的电流损耗为25 mA，使得RFID成为针对超长电池使用寿命应用的理想解决方案。ZigBee嵌入RFID射频识别系统的电路图如图3所示。