1、ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技 術，也稱無線傳感器網絡。ZigBee聯盟預測主要應用領域包括工業控制、消費性電子設備、 汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫用設備控制等。ZigBee靈活的組網方式，可靠的網絡性能，大規模的網絡容量為網絡運營商帶來了巨 大的商機，因此設計ZigBee解決方案也成為一個熱點。這里就ZigBee網絡設計規劃和如何 計算節點容量展開討論。ZigBee產品的優勢表現在以下方面：數據傳輸速率低：10KB/秒-250KB /秒，專注于低傳輸應用；功耗低：在低功耗待機模式下，兩節普通5號電池可使用624個月；成本低：ZigBee數

2、據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本；網絡容量大：網絡可容納65,000個設備；時延短：典型搜索設備時延為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延 為 15ms網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠；數據安全：ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法（美 國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一，各個應用可靈活確定其安全屬性；工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國），均為免執 照（免費）的頻段。根據應用環境的需求和對ZigBee產品特性的深入了解，就可設計一個實用的網絡。我 這里拋磚引玉，更細致的方案需要產

3、品性能的進一步提高和組網設計經驗的不斷積累。在一般規劃設計時，必須考慮網絡容量和時延。ZigBee標準的網絡容量雖然可以支持到最多6.5萬個網絡節點，每兩相鄰節點完成一次通信需要15ms時間。但在實際應用中需 要考慮網絡覆蓋范圍和響應時間。單點容量大了，覆蓋范圍擴充不大；響應時間大了，應用 業務實現不了。這就需要根據應用環境的不同，設計有效的網絡拓撲組合來滿足各種不同應 用。以下分別以理想狀態下不同拓撲形式的網絡容量計算加以分析：線性網絡線性網絡屬于比較簡單的網絡形式，整個網絡只有唯一的一條路徑，這就決定了網絡中 的節點數等于網絡的層數，也即跳數（Hop）。在線性網絡中，網絡的掃描周期（中心節

4、點 采集網絡中所有骨干節點數據所需的時間）直接取決于網絡的跳數，也即骨干網節點數。以 每次通信周期為15ms計算，則整個網絡的掃描周期T可表示為：T = 15ms （ 1+ 2 + 3 + . + n）其中，T為整個網絡的掃描周期，n為網絡層數，也即網絡節點數。當T = 20s時，計算可得n = 51，也即線性網絡在滿足最長20s的掃描周期時的網絡 最大容量為51節點。以每個節點的通信距離為100米（0.1km）計算，那么整個網絡的覆蓋 范圍為510.1=5.1公里長的線狀區域。根據上述公式，當n = 20時，T = 3s，也即在滿足20s掃描周期的前提下可將網絡分 成6條有20點的支路，這樣

5、可使覆蓋范圍（近似nr八2=12.56）上升到12公里，整個網絡容 量也增加到120點。分析結論：線性網絡的單一支路20s輪詢周期的最大節點數為51，盡量減少跳數有助 于提高網絡容量。網狀網絡網狀網的結構比較復雜，由于網絡的多路徑性，網絡的掃描時間分析起來也比較復雜， 以下以正方形區域代替圓形作簡要的分析。圖1 ZigBee網狀網絡示意圖如圖1所示，假設在任意兩條直線的交叉點處放置一個節點，并且中心節點位于整個 網絡拓撲的中心位置，那么能和中心點直接通信(1跳)的節點有8個(圍繞在中心點周圍 的8個節點)，而中心節點需要用兩跳的消耗才能到達的節點有16個，三跳的有24個.， 則整個網絡的掃描時

6、間可以下述公式表式：T = 15ms * 8 (1 + 4 + 9 + + n*n)N = 8(1 + 2 + 3 + . + n)其中，n為網絡層數，N為網容節點數。當T = 20s時，計算可得n = 7, N = 224，也即網狀網絡在滿足最長20s的掃描周期 時的網絡最大容量為224節點。以每個節點的通信距離為100米計算，那么整個網絡的覆蓋 范圍為1.4大1.4 = 1.96平方公里的區域。而如果中心節點位于整個網絡拓撲邊緣的話，很明顯會增加網絡的層數，從而延長了 系統的掃描時間，也即減小了整個網絡的容量。分析結論：網狀網絡的中心節點盡量布置在網絡拓撲的中心位置，越靠近邊緣，系統 的掃

7、描時間會越長，在掃描時間的限定下，整個網絡的容量也會變的更小。空間網狀網絡空間的網狀網絡較之網狀網絡(平面)更為復雜，可以想象在10層高每層分布20個 房間的樓宇內，每個房間裝一個通信節點所組成的網絡結構。在這種拓撲結構下，整個網絡 的掃描時間計算為：T = N * t + n*15ms (1 + 2 + 3 + + N - 1 )其中，T為整個網絡的掃描周期，t為單層掃描周期，n為每層平面的節點數，N為空 間層數。根據上述公式，若把每一平面層可以看成是一個平面網狀結構網絡，整個網絡由若干 垂直分布的平面網狀網絡組成。以每層25個節點計算，則空間最多不能超過9層。若把每一平面層可以看成是一個二分支線性結構網絡，整個網絡由若干垂直分布的二 分支線性網絡組成。以每層24個節點計算，則空間最多不能超過6層。分析結論：空間網狀網絡的系統性能和每平面層的節點個數有直接的關系，為增加網 絡容量，應盡量減少每平面層的節點數。混合網