Zigbee无线通信技术及应用.pdf

匕 无线通信技术及应用 张结 曾洁 魏梅尤国红 卢毅 大连交通大学 9 之间 但是可以扩展到数百米 具体依据实际发射功率的大 小和各种不同的应用模式而定 基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境 数据传输可靠 的媒体接入控制层 层 采用2 8 0 一 一 8 的碰撞避免机制 在这种 完全确认的数据传输机制下 当有数据传送需求时则立刻传送 发送的每个数据包都必须等待接收方的确认 信息 并进行确认信息回复 若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞 将再传一次 采用这种方法可 以提高系统信息传输的可靠性 同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙 避免了发送数据时的竞争 和冲突 安全 技术提供了数据完整性检查和鉴权功能 加密算法采用 7 一 并且各应用可 以灵 活地确定其安全属性 使网络安全能够得到有效的保障 工作频段灵活 用的频段分别为 欧洲 及 巧 美国 均为免执照频段 具有 个扩频通信信道 相应的 47 采取 工作频段的特性将会更有利于47 的发展 的协议栈结构 协议是时下最流行的无线局域网之一 完整的 协议套件由高层应用规范 应用会聚层 网 络层 数据链路层和物理层组成 网络层以上的协议有 联盟制定 正 负责物理层和数据链路层标 准 协议栈结构如图 所示 图 协议栈结构 9 为避免被干扰 故各个频段都基于 777 27 1 7 8 7 2 1 直接序列扩频 可使用的信道分别有 0 个 各 自提供 9 和 之传 输速率 其传输范围介于 一 之间 它们除了在工作频率 调制技术 扩频码片长度和传输速率方面存 在差别之外 使用的均为相同的物理层数据包格式 波段为全球统一的无需申请的 7 频段 有助 于 设备的推广和生产成本的降低 的物理层通过采用高阶调制技术能够提供 9 的传输 速率 有助于获得更高的吞吐量 更小的通信时延和更短的工作周期 从而更加省电 是欧洲的 7 频段 9 是美国的 7 频段 这两个频段的引入避免了 附近各种无线通信设备的相互干扰 的传输速率为 是 这两个频段上无线信号传播损耗较小 因此可以降低对 接收机灵敏度的要求 获得较远的有效通信距离 从而可以用较少的设备覆盖给定的区域 数据链路层 数据链路层又可分为逻辑链路控制子层 和介质访问控制子层 巧 的 子 层与 的相 同 其功能包括传输可靠性保障 数据包的分 段与重组 数据 包 的顺序传 输 3 0 子层通过 一 3 嗯 1 0 8 协议能支持多种 标准 其 能包括设备 间无线链路的建立 维护和拆除 确认模式的帧传送与接收 信道接入控制 帧校验 预留时隙 管理和广播信息管理 网络层 网络功能是 的重要特点 也是与其他无线局域网标准的不同之处 在网络层方面 其主要工作在 于负责网络机制的建立与管理 并具有 自组织自愈功能 在网络层中 定义了 种角色 第 个是网 络协调器 负责网络 的建立 以及网络位置的分配 第 个是路由器 主要负责找寻 建立以及修复信息包 的路由路径 并负责转送信息包 第 个是末端装置 只能选择加入他人已经形成的网络 可以收发信息 但不能转发信息 不具备路由功能 通常 网络协调器和路由器由全功能装置 55 实现 而末端装置由 简化功能装置 5 实现 应用层与应用汇聚层 应用层定义了各种类型的应用业务 是协议栈的最上层用户 应用汇聚层负责把不同的应用映射到 网络层上 包括安全与鉴权 多个业务数据流的汇聚 设备发现和业务发现 技术的应用 根据 本身的技术特点 它主要适用于数据吞吐量小 网络建设投资少 网络安全要求较高 不便 频繁更换电池或充电的场合 联盟预测的主要应用领域包括家庭和楼宇自动化 工业控制 医用装置 控制和农业自动化等 在家庭自动化领域 技术将拥有广阔的市场 它可以应用于家庭的照明 温度 安全 控制等各 个方面 模块可安装在电视 灯泡 遥控器 儿童玩具 游戏机 门禁系统 空调系统和其他家电产 品等 例如在灯泡中装置 模块 则人们要开灯 就不需要走到墙壁开关处 直接通过遥控便可开灯 通过 终端设备可 以收集家庭各种信息 传送到中央控制设备 或是通过遥控达到远程控制的目的 提 供家居生活自动化 网络化与智能化 在工业领域 利用传感器和 网络 使得数据的 自动采集 分析和处理变得更加容易 可以作为决 策辅助系统的重要组成部分 例如危险化学成分的检测 火警的早期检测和预报 高速旋转机器的检测和维 护 在医学领域 将借助于各种传感器和 网络 准确而且实时地监测病人的血压 体温和心跳速度等 信息 从而减少医生查房的工作负担 有助于医生做出快速的反应 特别是对重病和病危患者的监护和治疗 在现代化农业领域 利用传感器可 以将土壤湿度 氮浓度 值 降水量 气温 气压和采集信息的 地理位置经由 网络传送到中央控制设备 使农民能够及早而且准确地发现 问题 从而有助于保持并提 高农作物的产量 9 结束语 本文阐述了 的网络结构 协议架构 技术特点以及相关应用 作为一种新型的无线网络通 信标准 利用其自身的优势弥补了低成本 低功耗和低速率无线通信市场的空缺 可以预见在未来的几年里 将会有越来越多内置 功能的设备走向我们 它将同计算机和互联网一样 融入人们生活的每一个角落 给我们的生活带来巨大的改变 参考文献 0 林山霖 技术发展现状 零组件杂志 9 9 3 8 2 9 8 3 蔡型 张思全 短距离无线通信技术综述 现代电子技术 王权平