基于EM250的ZigBee無線傳感器網絡解決方案

本文介紹了ZigBee的協議框架、各層的功能及ZigBee無線網絡的
組成，闡述了基于Ember公司EM250片上系統的無線傳感器網絡解
決方案，對系統的硬軟件組成及設計進行了仔細的說明。
ZigBee協議框架
ZigBee協議是一種低成本、低功耗、低速率嵌入式設備互相間及
與外界網絡通信的組網解決方案，它是ZigBee聯盟基于IEEE 802.
15.4技術標準物理層和媒體訪問控制層(MAC層)協議對網絡層協議
和API進行標準化而制定的無線局域網組網、安全和應用軟件方面
的技術標準。
ZigBee協議棧結構如圖1所示
ZigBee協議物理層和媒體訪問控制層采用了IEEE 802.15.4 2003協議規范物理層無線頻段為全世界通用
的。2.4GHZ、歐洲適用的868MHz、美國適用的915MHz，使用直接序列擴頻技術，提供27個信道，20Kb/s、4
0Kb/s、250Kb/s三種數據速率用于數據收發物理層功能包括了激活和休眠射頻收發器、信道能量檢測、信
道接收數據包的鏈路質量指示、空閑信道*估、收發數據等。
ZigBee的MAC層負責設備間無線數據鏈路的建立、維護和結束，確認模式的數據傳送和接收，采用載波偵聽
多址/沖突避免接入方式，數據包的最大長度為127字節，每個數據包均由頭字節和16位CRC校驗值組成。
網絡層為ZigBee協議棧的核心部分，實現節點接入或離開網絡、路由查找及傳送數據等功能，支持星形、
樹形、網絡三種拓撲結構，網絡拓撲結構根據具體的ZigBee應用來選擇節點按功能分為全功能設備(FFD)、
簡化功能設備(RFD)、協調器(ZCRD)和路由器，協調器與路由器通常也是全功能設備。
ZigBee的應用層包括了應用支持子層(APS)、ZigBee設備對象(ZDO)和制造商制訂的應用對象應用支持子層
負責維護綁定表，根據服務和需求在兩個綁定實體間傳遞信息ZDO負責定義設備節點在網絡中的角色，并負
責網絡設備的發現，決定提供何種應用服務，還負責初始化或響應綁定請求及建立網絡設備間安全關系。
ZigBee網絡采用多點接入，有使能信標網絡或不使能信標網絡兩種類型使能信標的網絡中，協調器在預定
義的時隙周期性發送信標幀用于節點關聯、加入網絡、同步傳送數據在不使能信標的網絡中，協調器也周
期性發送信號，但這只用于終端設備并檢測協調器的存在，設備要隨時準備好進行點對點通信，通過發送
數據請求和應答進行通信。