1、第第6 6章章傳感器網絡協議的技術標準傳感器網絡協議的技術標準6.1 6.1 技術標準的意義技術標準的意義 無線傳感器網絡的價值就在于它的低成本和可以大量部署。無線傳感器網絡的價值就在于它的低成本和可以大量部署。為了降低產品成本、擴大市場和實現規模效益，傳感器網絡的某為了降低產品成本、擴大市場和實現規模效益，傳感器網絡的某些特征和共性技術必須實現標準化，這樣來自不同產商的產品才些特征和共性技術必須實現標準化，這樣來自不同產商的產品才能協同工作。能協同工作。 無線傳感器網絡的標準化工作受到了許多國家及國際標準組無線傳感器網絡的標準化工作受到了許多國家及國際標準組織的普遍關注，已經完成了一系列草案

2、甚至標準規范的制定。其織的普遍關注，已經完成了一系列草案甚至標準規范的制定。其中最出名的就是中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBeeIEEE 802.15.4/ZigBee規范，它甚至已經被一部規范，它甚至已經被一部分研究及產業界人士視為傳感器網絡的標準。分研究及產業界人士視為傳感器網絡的標準。IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4定義定義了短距離無線通信的物理層及鏈路層規范，了短距離無線通信的物理層及鏈路層規范，ZigBeeZigBee則定義了網絡則定義了網絡互聯、傳輸和應用規范。互聯、傳輸和應用規范。 目前傳感器網絡標準化工作的兩個公認成果是目前傳感器網絡標準化

3、工作的兩個公認成果是IEEE 1451IEEE 1451接口接口標準和標準和IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4低速率無線個域網協議。低速率無線個域網協議。6.2 IEEE 14516.2 IEEE 1451系列標準系列標準1 1、IEEE 1451IEEE 1451標準的誕生標準的誕生 基于各種現場總線標準的分布式測量和控制系統得到了廣泛的基于各種現場總線標準的分布式測量和控制系統得到了廣泛的應用，這些系統所采用的控制總線網絡多種多樣、千差萬別，其內應用，這些系統所采用的控制總線網絡多種多樣、千差萬別，其內部結構、通訊接口、通訊協議等各不相同。部結構、通訊接口、通訊協議等各不

4、相同。 目前市場上在通訊方面所遵循的標準主要包括目前市場上在通訊方面所遵循的標準主要包括IEEE 803.2(IEEE 803.2(以以太網太網) )、IEEE 802.4(IEEE 802.4(令牌總線令牌總線) )、IEEE FDDI(IEEE FDDI(光纖分布式數據界面光纖分布式數據界面) )、TCP/IP(TCP/IP(傳輸控制協議傳輸控制協議/ /互聯協議互聯協議) )等，以此來連接各種變送器（包等，以此來連接各種變送器（包括傳感器和執行器），要求所選的傳感器括傳感器和執行器），要求所選的傳感器/ /執行器必須符合上述標準執行器必須符合上述標準總線的有關規定。總線的有關規定。 一般

5、說來，這類測控系統的構成可以采用如圖所一般說來，這類測控系統的構成可以采用如圖所示的結構來描述。示的結構來描述。 計算機計算機 路由器路由器 智能傳感器節點智能傳感器節點 其它網絡系統其它網絡系統 壓力壓力 智能傳感器節點智能傳感器節點 智能傳感器節點智能傳感器節點 智能傳感器節點智能傳感器節點 溫度溫度 閥門閥門 繼電器繼電器 控制網絡總線控制網絡總線 IEEE 1451 IEEE 1451系列標準是由系列標準是由IEEEIEEE儀器和測量協會的傳感器技術委儀器和測量協會的傳感器技術委員會發起制訂的。由于現場總線標準不統一，各種現場總線標準員會發起制訂的。由于現場總線標準不統一，各種現場總線

6、標準都有自己規定的通信協議，且互不兼容，從而給智能傳感技術的都有自己規定的通信協議，且互不兼容，從而給智能傳感技術的應用與擴展帶來不利。應用與擴展帶來不利。IEEE 1451IEEE 1451標準族就是在這樣的情況下提出標準族就是在這樣的情況下提出來的。來的。 制訂制訂IEEE 1451IEEE 1451標準的目的就是通過定義一套通用的通信接口，標準的目的就是通過定義一套通用的通信接口，以使變送器以使變送器( (傳感器傳感器/ /執行器執行器) )能夠獨立于網絡，并與現有基于微處能夠獨立于網絡，并與現有基于微處理器的系統、儀器儀表和現場總線網絡相連，解決不同網絡之間理器的系統、儀器儀表和現場總

7、線網絡相連，解決不同網絡之間的兼容性問題，并最終能夠實現變送器到網絡的互換性與互操作的兼容性問題，并最終能夠實現變送器到網絡的互換性與互操作性。性。 IEEE 1451 IEEE 1451標準定義了變送器的軟、硬件接口，而標準定義了變送器的軟、硬件接口，而且該族的所有標準都支持且該族的所有標準都支持“變送器電子數據表變送器電子數據表”(TEDS)”(TEDS)的概念，為變送器提供了自識別和即插即用的功能。的概念，為變送器提供了自識別和即插即用的功能。 IEEE 1451 IEEE 1451標準將傳感器分成兩層模塊結構：標準將傳感器分成兩層模塊結構： 第一層模塊結構用來運行網絡協議和應用硬件，稱

8、第一層模塊結構用來運行網絡協議和應用硬件，稱為為“網絡適配器網絡適配器”(NCAP)”(NCAP)； 第二層模塊為第二層模塊為“智能變送器接口模塊智能變送器接口模塊”(STIM)”(STIM)，其，其中包括變送器和電子數據表格中包括變送器和電子數據表格TEDSTEDS。IEEE 1451.1IEEE 1451.1標準的智能變送器模型標準的智能變送器模型網絡硬件網 絡 協 議 網 絡 協 議邏 輯 接 口變 送 器 邏 輯接 口 描 述支 持 NCAP的 邏 輯 接 口變 送 器 硬 件 接 口規 范 （ 比 如IEEE1451.2）應 用 軟 件NCAP模 塊微 處理器 硬件變 送 器接 口

9、應用 軟 件I/O接 口硬 件變 送 器網絡 IEEE 1451.2 IEEE 1451.2標準稱為變送器與微處理器通信協議標準稱為變送器與微處理器通信協議和變送器電子數據表格式。和變送器電子數據表格式。 IEEE 1451.3 IEEE 1451.3標準稱為分布式多點系統數字通信和標準稱為分布式多點系統數字通信和變送器電子數據表格式。變送器電子數據表格式。 IEEE 1451.4 IEEE 1451.4標準稱為混合模式通信協議和變送器標準稱為混合模式通信協議和變送器電子數據表格式。這是一項實用的技術標準，它使變電子數據表格式。這是一項實用的技術標準，它使變送器電子數據表格與模擬測量相兼容。送

10、器電子數據表格與模擬測量相兼容。 IEEE 1451 IEEE 1451系列標準的組成結構如圖所示，這些標準可以在一起系列標準的組成結構如圖所示，這些標準可以在一起應用，構成多種網絡類型的智能傳感器系統，也可以單獨使用。應用，構成多種網絡類型的智能傳感器系統，也可以單獨使用。 IEEE IEEE還在著手制定無線連接各種傳感設備的接口還在著手制定無線連接各種傳感設備的接口標準。該標準的名稱為標準。該標準的名稱為“IEEE P1451.5”“IEEE P1451.5”，主要用于，主要用于利用電腦等主機設備綜合管理建筑物內各傳感設備獲利用電腦等主機設備綜合管理建筑物內各傳感設備獲得的數據。得的數據。

11、 IEEE 1451.5 IEEE 1451.5提議標準主要是為智能傳感器的連接提議標準主要是為智能傳感器的連接提供無線解決方案，盡量減少有線傳輸介質的使用。提供無線解決方案，盡量減少有線傳輸介質的使用。6.3 IEEE 802.15.46.3 IEEE 802.15.4標準標準6.3.1 IEEE 802.15.46.3.1 IEEE 802.15.4標準概述標準概述 無線傳感器網絡的底層標準一般沿用無線個域網（無線傳感器網絡的底層標準一般沿用無線個域網（IEEE IEEE 802.15802.15）的相關標準部分。無線個域網（）的相關標準部分。無線個域網（WPANWPAN）的出現比傳感器網

12、）的出現比傳感器網絡要早，通常定義為提供個人及消費類電子設備之間進行互聯的無絡要早，通常定義為提供個人及消費類電子設備之間進行互聯的無線短距離專用網絡。線短距離專用網絡。 無線個域網專注于便攜式移動設備之間的雙向通信技術問題，無線個域網專注于便攜式移動設備之間的雙向通信技術問題，其典型覆蓋范圍一般在其典型覆蓋范圍一般在1010米以內。米以內。IEEE 802.15IEEE 802.15工作組就是為完成工作組就是為完成這一使命而專門設置的，且已經完成一系列相關標準的制定工作，這一使命而專門設置的，且已經完成一系列相關標準的制定工作，其中就包括了被廣泛用于傳感器網絡的底層標準其中就包括了被廣泛用于

13、傳感器網絡的底層標準IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4。 IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4標準定義的標準定義的LR-WPANLR-WPAN網絡具有如下特點：網絡具有如下特點： (1) (1) 在不同的載波頻率下實現在不同的載波頻率下實現20kbps20kbps、40kbps40kbps和和250kbps250kbps三種不同三種不同的傳輸速率；的傳輸速率； (2) (2) 支持星型和點對點兩種網絡拓撲結構；支持星型和點對點兩種網絡拓撲結構； (3) (3) 有有1616位和位和6464位兩種地址格式，其中位兩種地址格式，其中6464位地址是全球惟一的擴位

14、地址是全球惟一的擴展地址；展地址； (4) (4) 支持沖突避免的載波多路偵聽技術支持沖突避免的載波多路偵聽技術(CSMA-CA)(CSMA-CA)； (5) (5) 支持確認機制，保證傳輸可靠性。支持確認機制，保證傳輸可靠性。 IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4標準主要包括物理層和標準主要包括物理層和MACMAC層的標準。層的標準。6.3.2 6.3.2 物理層物理層IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4標準規定物理層負責如下任務：標準規定物理層負責如下任務： 激活和去活無線收發器；激活和去活無線收發器； 當前信道的能量檢測；當前信道的能量檢測； 發送鏈路質

15、量指示；發送鏈路質量指示； CSMA/CA CSMA/CA的空閑信道評估；的空閑信道評估； 信道頻率的選擇；信道頻率的選擇； 數據發送與接收。數據發送與接收。 IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4標準定義了標準定義了2727個信道，編號為個信道，編號為0-260-26；跨越跨越3 3個頻段，具體包括個頻段，具體包括2.4GHz2.4GHz頻段的頻段的1616個信道、個信道、915MHz915MHz頻段的頻段的1010個信道、個信道、868MHz868MHz頻段的頻段的1 1個信道。個信道。 這些信道的頻段中心定義如下這些信道的頻段中心定義如下( (其中其中k k表示信道編號表

16、示信道編號) )： f fc c=868.3MHZ k= 0=868.3MHZ k= 0 f fc c=906+2=906+2(k(k1)MHz k=11)MHz k=1，2 2，1010 f fc c=2405+5=2405+5(k(k11)MHz k=1111)MHz k=11，1212，26261 1、物理層服務規范、物理層服務規范 物理層物理層(PHY)(PHY)通過射頻連接件通過射頻連接件和硬件提供和硬件提供MACMAC層和無線物理信層和無線物理信道之間的接口。物理層在概念上道之間的接口。物理層在概念上提供提供“物理層管理實體物理層管理實體(PLME)”(PLME)”，該實體提供了用

17、于調用物理層管該實體提供了用于調用物理層管理功能的管理服務接口。理功能的管理服務接口。 物理層的組件和接口如圖所物理層的組件和接口如圖所示。物理層提供兩種服務：通過示。物理層提供兩種服務：通過物理層數據服務接入點提供物理物理層數據服務接入點提供物理層的數據服務；通過層的數據服務；通過PLMEPLME的服務的服務接入點提供物理層的管理服務。接入點提供物理層的管理服務。物理層管理實體服務訪問點無線射頻服務訪問點物理層數據服務接入點物理層物理層管理實體物理層的個域網信息庫2 2、物理層幀結構、物理層幀結構4字節1字節1字節變 長前導碼SFD幀長度(7位)保留位(1位)PSDU同步頭物理幀頭PHY負載

18、 前導碼由前導碼由3232個個0 0組成，用于收發器進行碼片或者符號的同步。組成，用于收發器進行碼片或者符號的同步。 幀起始定界符（幀起始定界符（SFDSFD）域由）域由8 8位組成，表示同步結束，數據包開始位組成，表示同步結束，數據包開始傳輸。傳輸。SFDSFD與前導碼構成同步頭。與前導碼構成同步頭。 幀長度由幀長度由7 7位組成，表示物理服務數據單元（位組成，表示物理服務數據單元（PHY service data PHY service data unit, PSDUunit, PSDU）的字節數。其中）的字節數。其中0 04 4和和6 67 7位為保留值。幀長度域和位為保留值。幀長度域和

19、1 1位的保留位構成了物理頭。位的保留位構成了物理頭。 PSDU PSDU域是變長的，攜帶域是變長的，攜帶PHYPHY數據包的數據，包含介質訪問控制協議數據包的數據，包含介質訪問控制協議數據單元。數據單元。PSDUPSDU域是物理層的載荷。域是物理層的載荷。6.3.3 MAC6.3.3 MAC子層子層1 1、MACMAC層服務規范層服務規范 MAC MAC層為業務相關的會聚子層層為業務相關的會聚子層（SSCSSSCS）和物理層提供接口。）和物理層提供接口。MACMAC層在概念上提供介質訪問控制層層在概念上提供介質訪問控制層管理實體管理實體(MLME)(MLME)，負責用于調用，負責用于調用MA

20、CMAC層管理功能的管理服務接口。層管理功能的管理服務接口。MLMEMLME還負責維護屬于還負責維護屬于MACMAC層的管理層的管理對象數據庫，該數據庫被稱為對象數據庫，該數據庫被稱為“MAC“MAC層的個域網信息庫層的個域網信息庫(PIB)”(PIB)”。 MCPS-SAPMLME-SAPPD-SAPMAC通用部分子層MAC層管理實體MAC層的個域網信息庫PLME-SAP2 2、MACMAC層的幀結構層的幀結構 MAC MAC層的通用幀結構由幀頭、層的通用幀結構由幀頭、MACMAC負載和幀尾構成。負載和幀尾構成。幀頭的域都以固定的順序出現，不過尋址域不一定要幀頭的域都以固定的順序出現，不過尋

21、址域不一定要在所有幀都出現。在所有幀都出現。16位位10/20/2變長變長2幀控制幀控制序列號序列號目標目標PAN標識標識目標地址目標地址源源PAN標識標識源地址源地址幀負載幀負載FCS地址域地址域MHRMAC負載負載MFR 幀控制域的長度是幀控制域的長度是1616位，包含幀類型定義、尋址域和其它控制標位，包含幀類型定義、尋址域和其它控制標志等。序列號域的長度是志等。序列號域的長度是8 8位，為每個幀提供唯一的序列標識。目標位，為每個幀提供唯一的序列標識。目標PANPAN標識域的長度是標識域的長度是1616位，內容是指定接收方的唯一位，內容是指定接收方的唯一PANPAN標識。根據尋標識。根據尋

22、址模式域中指定的尋址模式，目標地址域的長度可以是址模式域中指定的尋址模式，目標地址域的長度可以是1616或者或者6464位，位，內容是指定接收方的地址。源內容是指定接收方的地址。源PANPAN標識域的長度是標識域的長度是1616位，內容是發送位，內容是發送幀設備的唯一幀設備的唯一PANPAN標識。根據尋址模式域中指定的尋址模式，源地址標識。根據尋址模式域中指定的尋址模式，源地址域的長度可以是域的長度可以是1616或者或者6464位，內容是發送幀的設備地址。幀負載域長位，內容是發送幀的設備地址。幀負載域長度可變，根據不同的幀類型其內容各不相同。度可變，根據不同的幀類型其內容各不相同。FCSFCS

23、域的長度是域的長度是1616位。位。6.4 6.4 ZigBeeZigBee協議標準協議標準6.4.1 6.4.1 ZigBeeZigBee概述概述1 1、ZigBeeZigBee的由來的由來 ZigBeeZigBee技術是一種面向自動化和無線控制的低速率、技術是一種面向自動化和無線控制的低速率、低功耗、低價格的無線網絡方案。在低功耗、低價格的無線網絡方案。在ZigBeeZigBee方案被提出方案被提出一段時間后，一段時間后，IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4工作組也開始了一種低速率工作組也開始了一種低速率無線通信標準的制定工作。最終無線通信標準的制定工作。最終ZigbeeZ

24、igbee聯盟和聯盟和IEEE IEEE 802.15.4802.15.4工作組決定合作共同制定一種通信協議標準，工作組決定合作共同制定一種通信協議標準，該協議標準被命名為該協議標準被命名為“ZigBeeZigBee”。 ZigBeeZigBee的通信速率要求低于藍牙，由電池供電設備的通信速率要求低于藍牙，由電池供電設備提供無線通信功能，并希望在不更換電池并且不充電的提供無線通信功能，并希望在不更換電池并且不充電的情況下正常工作幾個月甚至幾年。情況下正常工作幾個月甚至幾年。ZigBeeZigBee無線設備工作無線設備工作在公共頻段上在公共頻段上( (全球全球2.4GHz2.4GHz、美國、美國

25、915MHz915MHz、歐洲、歐洲868MHz)868MHz)，傳輸距離為傳輸距離為101075m75m，具體數值取決于射頻環境和特定，具體數值取決于射頻環境和特定應用條件下的輸出功耗。應用條件下的輸出功耗。ZigBeeZigBee的通信速率在的通信速率在2.4GHz2.4GHz時時為為250kbps250kbps，在，在915MHz915MHz時為時為40kbps40kbps，在，在868MHz868MHz時為時為20kbps20kbps。 相對于現有的各種無線通信技術，相對于現有的各種無線通信技術，ZigBeeZigBee是最低功耗和成本的是最低功耗和成本的技術。由于技術。由于ZigBe

26、eZigBee的低數據率和通信范圍較小的特點，決定了它的低數據率和通信范圍較小的特點，決定了它適合于承載數據流量較小的通信業務。適合于承載數據流量較小的通信業務。數據Zigbee互聯網/語音802.11b 傳輸速率藍牙2 藍牙1 802.11a/HL2802.11g壓縮視頻文件多通道數字視頻 802.5.3/WIMEDIA傳輸距離 傳輸距離 協議芯片是協議標準的載體，也是最容易體現知識協議芯片是協議標準的載體，也是最容易體現知識產權的一種形式。產權的一種形式。 目前市場上出現了較多的目前市場上出現了較多的ZigBeeZigBee芯片產品及解決方芯片產品及解決方案，有代表性的包括案，有代表性的包

27、括JennicJennic公司的公司的JN5121/JN5139JN5121/JN5139、ChipconChipcon公司的公司的CC2430/CC2431CC2430/CC2431（被（被TITI公司收購）和公司收購）和FreescaleFreescale公司公司MC13192MC13192、EmberEmber公司的公司的EM250EM250等系列的開等系列的開發工具和芯片。發工具和芯片。2 2、ZigBeeZigBee協議框架協議框架 完整的完整的ZigBeeZigBee協議協議棧自上而下由應用層、棧自上而下由應用層、應用匯聚層、網絡層、應用匯聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組數據鏈路

28、層和物理層組成。數據鏈路層可分為成。數據鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層邏輯鏈路控制子層(LLC)(LLC)和介質訪問控制子層和介質訪問控制子層(MAC)(MAC)。 物理層采用直接序列擴頻物理層采用直接序列擴頻(DSSS)(DSSS)技術，定義了三種技術，定義了三種流量等級：當頻率采用流量等級：當頻率采用2.4GHz2.4GHz時，使用時，使用1616信道，能夠提信道，能夠提供供250kbps250kbps的傳輸速率；當采用的傳輸速率；當采用915MHz915MHz時，使用時，使用1010信道，信道，能夠提供能夠提供40kbps40kbps的傳輸速率；當采用的傳輸速率；當采用868MHz868M

29、Hz時，使用單時，使用單信道，能夠提供信道，能夠提供20kbps20kbps的傳輸速率。的傳輸速率。 直接序列擴頻技術可使物理層的模擬電路設計變得直接序列擴頻技術可使物理層的模擬電路設計變得簡單，且具有更高的容錯性能，適合低端系統的實現。簡單，且具有更高的容錯性能，適合低端系統的實現。 ZigBeeZigBee主要界定了網絡、安全和主要界定了網絡、安全和應用框架層，通常它的網絡層支持應用框架層，通常它的網絡層支持三種拓撲結構：星型三種拓撲結構：星型(Star)(Star)結構、結構、網狀網狀(Mesh)(Mesh)結構和簇樹型結構和簇樹型(Cluster (Cluster Tree)Tree)

30、結構。結構。 星型網絡最常見，可提供很長時星型網絡最常見，可提供很長時間的電池使用壽命。網狀網絡可有間的電池使用壽命。網狀網絡可有多條傳輸路徑，它具有較高的可靠多條傳輸路徑，它具有較高的可靠性。簇樹型網絡結合了星型和網狀性。簇樹型網絡結合了星型和網狀型結構，既有較高的可靠性，又節型結構，既有較高的可靠性，又節省電池能量。省電池能量。 功能簡化型設備是網絡中簡單的發送接收節點，它功能簡化型設備是網絡中簡單的發送接收節點，它一般由電池供電，只與功能完備型設備連接通信。一般由電池供電，只與功能完備型設備連接通信。 功能完備型設備是一種功能完備的設備，可完成路功能完備型設備是一種功能完備的設備，可完成

31、路由任務，充當網絡協調器。它可與其它的功能完備型設由任務，充當網絡協調器。它可與其它的功能完備型設備或功能簡化型設備連接通信，一般接有線電源。備或功能簡化型設備連接通信，一般接有線電源。 ZigBeeZigBee的邏輯設備按其功能可分為的邏輯設備按其功能可分為協調器協調器、路由器路由器和和終端設備終端設備。 協調器的作用在于啟動網絡初始化、組織網絡節點協調器的作用在于啟動網絡初始化、組織網絡節點和存儲各節點信息。和存儲各節點信息。 路由器設備的作用是管理每對節點的路由信息。路由器設備的作用是管理每對節點的路由信息。 終端設備相當于網絡中的葉節點，可以是任意類型終端設備相當于網絡中的葉節點，可以

32、是任意類型的物理設備。的物理設備。 ZigBeeZigBee技術的主要特點包括：技術的主要特點包括： (1) (1) 數據傳輸速率低：數據率只有數據傳輸速率低：數據率只有10kbps10kbps250kbps250kbps，專注于低傳，專注于低傳輸應用。輸應用。 (2) (2) 有效范圍小：有效覆蓋范圍有效范圍小：有效覆蓋范圍101075m75m之間，具體依據實際發射之間，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定。功率的大小和各種不同的應用模式而定。 (3) (3) 工作頻段靈活：使用的頻段分別為工作頻段靈活：使用的頻段分別為2.4GHz2.4GHz、868MHz868MHz（歐洲）

33、及（歐洲）及915MHz915MHz（美國），均為無需申請的（美國），均為無需申請的ISMISM頻段。頻段。 (4) (4) 省電：由于工作周期很短，收發信息功耗較低，以及采用了休省電：由于工作周期很短，收發信息功耗較低，以及采用了休眠模式，眠模式，ZigBeeZigBee可確保兩節五號電池支持長達可確保兩節五號電池支持長達6 6個月至個月至2 2年左右的使用年左右的使用時間，當然不同應用的功耗有所不同。時間，當然不同應用的功耗有所不同。3 3、ZigBeeZigBee的技術特點的技術特點 (5) (5) 可靠：采用碰撞避免機制，避免了發送數據時的競爭和沖突。可靠：采用碰撞避免機制，避免了發送

34、數據時的競爭和沖突。 (6) (6) 成本低：由于數據傳輸速率低，并且協議簡單，降低了成本，另成本低：由于數據傳輸速率低，并且協議簡單，降低了成本，另外使用外使用ZigBeeZigBee協議可免專利費。協議可免專利費。 (7) (7) 時延短：設備搜索時延的典型值為時延短：設備搜索時延的典型值為30ms30ms，休眠激活時延的典型值，休眠激活時延的典型值是是15ms15ms，活動設備信道接入時延為，活動設備信道接入時延為15ms15ms。 (8) (8) 網絡容量大：一個網絡容量大：一個ZigBeeZigBee網絡可容納多達網絡可容納多達254254個從設備和一個主個從設備和一個主設備，一個區

35、域內可同時布置多達設備，一個區域內可同時布置多達100100個個ZigBeeZigBee網絡。網絡。 (9) (9) 安全：安全：ZigBeeZigBee提供了數據完整性檢查和認證功能，加密算法采用提供了數據完整性檢查和認證功能，加密算法采用AES-128AES-128，應用層安全屬性可根據需求來配置。，應用層安全屬性可根據需求來配置。6.4.2 6.4.2 網絡層規范網絡層規范 網絡層從功能上為網絡層從功能上為IEEE 802.15.4 MACIEEE 802.15.4 MAC子層提供支子層提供支持，為應用層提供合適的服務接口。為了實現與應用持，為應用層提供合適的服務接口。為了實現與應用層的

36、接口，網絡層從邏輯上分為兩個具備不同功能的層的接口，網絡層從邏輯上分為兩個具備不同功能的服務實體，分別是數據實體和管理實體。服務實體，分別是數據實體和管理實體。8位字節22ll變長幀控制域目標地址源地址半徑序列號幀負載路由域幀頭網絡負載ZigBee網絡層的幀結構 幀控制域：由幀控制域：由1616位組成，內容包括幀種類、尋址、排序域和其它位組成，內容包括幀種類、尋址、排序域和其它的控制標志位。的控制標志位。 目標地址域：必備，有兩個目標地址域：必備，有兩個8 8位字節長，用來存放目標設備的位字節長，用來存放目標設備的1616位位網絡地址或者廣播地址網絡地址或者廣播地址(0 xffff)(0 xf

37、fff)。 源地址域：必備，有兩個源地址域：必備，有兩個8 8位字節長，用來存放發送幀設備自己的位字節長，用來存放發送幀設備自己的1616位網絡地址。位網絡地址。 半徑域：必備，有一個半徑域：必備，有一個8 8位字節長，用來設定傳輸半徑。位字節長，用來設定傳輸半徑。 序列號域：必備，有一個序列號域：必備，有一個8 8位字節長，在每次發送幀時改為加位字節長，在每次發送幀時改為加1 1。 幀負載域：該域長度可變，內容由具體情況決定。幀負載域：該域長度可變，內容由具體情況決定。6.4.3 6.4.3 ZigBeeZigBee網絡系統的設計開發網絡系統的設計開發1 1、系統設計事項、系統設計事項(1)

38、 (1) ZigBeeZigBee協議棧協議棧 ZigBeeZigBee系統軟件的開發是在廠商提供的系統軟件的開發是在廠商提供的ZigBeeZigBee協議棧的協議棧的MACMAC和物理和物理層基礎上進行的。協議棧分有償和無償兩種。層基礎上進行的。協議棧分有償和無償兩種。無償的協議棧能夠滿足簡單應用開發的需求，但不能提供無償的協議棧能夠滿足簡單應用開發的需求，但不能提供ZigBeeZigBee規范定規范定義的所有服務，有些內容需要用戶自己開發。義的所有服務，有些內容需要用戶自己開發。例如，例如，MicrochipMicrochip公司為產品公司為產品PICDEMOPICDEMO開發套件提供了免

39、費的開發套件提供了免費的MP MP ZigBeeZigBee協議棧；協議棧；FreescaleFreescale公司為產品公司為產品13192DSK13192DSK套件提供了套件提供了SmacSmac協議棧。協議棧。 有償的協議棧能夠完全滿足有償的協議棧能夠完全滿足ZigBeeZigBee規范，提供豐富的應規范，提供豐富的應用層軟件實例、強大的協議棧配置工具和應用開發工具。用層軟件實例、強大的協議棧配置工具和應用開發工具。 一般的開發板都提供有償協議棧的有限使用權，如購買一般的開發板都提供有償協議棧的有限使用權，如購買FreescaleFreescale公司的公司的13192DSK13192DSK和和TITI公司的公司的chipconchipcon開發套件，可開發套件，可以獲得以獲得F8F8的的Z-StackZ-Stack和和Z-TraceZ-Trace等工具的等工具的9090天使用權。單獨購天使用權。單獨購買有償的協議棧及開發工具比較昂貴，在產品有希望大規模買有償的協議棧及開發工具比較昂貴，在產品有希望大規模上市的前提下可以考慮購買。上市的前提下可以考慮購買。 (2) (2) ZigBeeZigBee芯片芯片 現在芯片廠商提供的主流現在芯片廠商提供的主流ZigBeeZigBee控制芯片在性能上大同小異。比控制芯