ZigBee无线通信技术及其应用探讨.pdf

Z i e e 无线通信技 术及 其应用探讨周怡颓 。 等 Z i g B e e 无线通信技术及其应用探讨 Z i g B e e W i r e l e s s Co mmu n i c a t i o n T e c h n o l o g y a n d I n v e s t i g a t i o n o n I t s Ap p l i c a t i o n 周 僧 颇 凌 志 浩 关 勤 勤 华 东理工大学， 上海2 0 0 2 3 7 摘要在对现有无线通信技术进行 比较的基础上 ， 着重对 z i异 B e e 技术及其协议和特点等作了剖析， 对 目前市场上所能提供 的器件 和开发套件作了简单叙述 ， 并对 z i 异 B e e 在工控无线通信网络中的应用支持作了探讨。 关键词无线通信z j e e 协议套件 打a c I l a l y s e th e z i g B e e te c h n o lo g y b a s e d o n th e c o m s o l l o f th e p r e s e n t w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n t e c h n o lo g y ， l a y g S t lL S o n i t s p r o t o c o l a n d fe a t u r e s ．I n t r o d u c e the Z j g B e e d e v i c e a n d d e v e l o p me n t k i ts a v a i l a b l e i n ma r k e t ．A n d d i s c u s s t h e Z i g B e e a p p l i c a t i o n e s p e c i a l l y i n i n d u s t r i a l c o n t r o l wi r e l e s s n e t w o r k I C t y wo r Wir e l e s s c o ln ml l l l t i o n Z i g S P r o t o c o l k i t O引言 工业领域在现代化的进程 中通过引入各种先进技 术， 实现了劳动生产率的提高和生产成本的下降。在 这些技术中， 最典型的就是数字化技术和现代通信技 术。在现代工业数 字化 的基础 上 ， 工业 生产监 控早 已 突破了单回路 控制与监视的功能。随着计算机软硬 件 技术、 网络技术和工业综合 自动化系统整合水平的不 断发展 ， 对数据接口的开放性、 数据传输的实时性、 数 据连接的安全性等方面提出了更高的要求。许多大型 企业其生产地域分散 ， 业务分工复杂 ， 往往设有一个或 者多个控制 中心 ， 以及大量 的现 场数据 采集 点。这些 采集点 因分散 而需要通过一定 的通信手段来实现 与中 心控制单元间 的数据 交互 ， 进 而实现 生产 过程 的 自动 化 。由于传统有线 网络本身 的局 限性 ， 许 多特殊 环境 下的网络覆盖和网络支持仍然是个难题。比如在某些 工业现场 ， 一些工业 环境禁 止或限制使用电缆 ， 而在其 他一些工业环境要求完全把电缆屏蔽起来以高度防止 来 自大多数工业设施 中的机器或其它无线 电控制设备 的干扰 ， 更有一些高速旋转 的设 备根本 无法通 过 电缆 来传输数据信息。而无线广域网、 无线局域网和无线 个人 网技术 却能有 效地提供对这些 问题 的解决方 案。 在现有 的无线 网络技术 发展 条件 下 ， 无线 标准增 加了灵活性， 并降低 了集成专利无线通信的风险。在 工控场合 的应用条 件下 ， 短距 离 的无线传 输尤 其受 到 瞩 目。在最近 的几年 中， 人们不断探索 ， 形成 了当今令 人眼花缭乱的无线通信协议和产品。最流行的短距离 无线 数 据 通 信 的 标 准 有 蓝 牙 B l u e t o o t h 、Wi F i I E E E 8 0 2 ． 1 1 、 I r D A以及极具发展潜 力 、 已被众 多业界 认可 的 Z i g B e e I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4 等 。 1 几种无线传输技术及其比较 1 ． 1 蓝牙 B i u e T o o t h 蓝牙 B l u e T o o t h 最早是爱立信在 1 9 9 4年开始研究 的一种能使手机与其附件 如耳机 之间互相通信的无 线模块。1 9 9 8 年， 爱立信、 诺基亚、 I B M等公司共同推 出了蓝牙 技术 ， 主要用 于通 信和信息设备的无线连接。 它的工 作频 率 为 2 ． 4 G H z ， 有 效范 围大 约在 1 0 m半 径 内。B l u e t o o t h 列 入 了 I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 1 ， 规定 了包 括 P H Y 、 M A C 、 网络和应用 层等 集成 协议栈 。为对 语音 和特 定 网络提供支持 ， 需要协议栈提供 2 5 0 k B系统开销， 从而 增加 了系统 成本 和集 成 复杂性 。另外 ， B l u e t o o t h对 每 个“ P i c o n e t ” 微 微 网 有 只能 配置 7个 节点 的 限制 ， 制 约了其在大型传感器网络开发中的应用。 1 ． 2 Wi ． n Ⅱ ． 1 1 Wi F i Wi r e l e s s F i d e l i t y ， 无线高保真 也是一种无线 通信协议 。I E E E 8 0 2 ． 1 1的最初 规 范是 在 1 9 9 7年提 出 的 。主要 目的是 提供 W 3 A N接 入 ， 也是 目前 WL A N的 主要 技 术 标 准， 其 工 作 频 率 也 是 2 ． 4 G H z 。 目前 ， I E E E 8 0 2 ． 1 l 标准还没有被工业界广泛接受。I E E E 8 0 2 ． 1 1 流行 的几个 版 本 包 括 “ a ” 在 5 ． 8 G H z波段 带 宽 为 5 4 M B p s 、 ⋯ b ’ 波段 2 ． 4 G H z 带宽 为 1 1 M B p s 、 “ g ” 波段 2 ． 4 G H z 带宽为 2 2 M B p s 。这种 复杂性 为用户选择标准 化无 线 平 台增 加 了 困难。 Wi n 规 定 了协 议 的 物 理 P H Y 层和媒体接入控制 M A C 层 ， 并依赖 T ℃ P ／ 作 为网络层 。 由于其 优异 的带 宽是 以大 的功耗 为 代 价 5 维普资讯 自动化仪表 第 2 6 卷第 6 期2 O O 5 年 6月 的 ， 因此大 多数便 携 Wi F i 装 置 都需 要常 规 充 电。这 些特点限制 了它在工业场合 的推广和应用 。 1． 3 I r DA 红外 线 数 据 协会 I r D A I n f r a r e d D a t a A s s o c i a t i o n 成 立于 1 9 9 3 年 。I r D A是 一种 利用 红外 线进 行点对 点 通 信的 技 术 。I r D A 标 准 的 无 线 设 备 传 输 速 率 已 从 1 1 5 ． 2 k b p s 逐步发展到 4 M b p s 、 1 6 M b p s 。 目前 ， 支 持它 的 软硬件技术都很成熟 ， 在小型移动设备 如 P D A、 手机 上被广泛使用。它具有移动通信所需的体积小、 功耗 低 、 连接方便 、 简 单易 用成 本 低廉 的特点 。I r D A用 于 工业 网络 上 的最 大 问题在 于 只能 在 2台设 备之 间连 接 ， 并且存 在有视距 角度等 问题 。 1． 4 Z a g Be e Z i g S e e I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4 技 术 是最 近 发展 起 来 的一 种短距离无线通信技术， 功耗低， 被业界认为是最有可 能应 用在工 控场 合 的无线 方式 。它 同样使 用 2 ． 4 G H z 波段 ， 采用 跳频技术和扩频技术 。 另外 ， 它 可 与 2 5 4个节点 联 网。节点 可以包括 仪 器和家庭 自动化应用设 备。它本 身的特 点使得其 在工 业监控 、 传感器 网络 、 家庭监 控 、 安全 系统等领 域有 很 大 的发展 空间。 几种常用无线传输方式 的主要性 能比较见 表 1 。 表 1 无线传输方式的比较 B I u e T o o th Wi F i Z i g B e e 8 0 2 ． 1 5 ． 1 8 0 2 ． 1 1 b 8 0 2 ． 1 5 ． 4l r D A ， 、 ， 、 、 系统 开销 较大 大 小 小 电池寿命 较短 短 长 最长 网络节点 7 3 0 2 2 5 5 ／ 6 5 0 0 0 萋 l O m l 0 0 m 定 向 l m 1 1 0 0 有 效 l 0 0 定 向 一 传输率 1 M b p s 1 1 M b p s 1 6 1p s 2 0 ／ 2 5 0 k b p s 传输介质 2 ． 4 G H z射频2 ． 4 G H z 射频 9 8 0 n m红外2 ． 4 G H z射频 2 Z a g l l e e的技术 内容及特点 Z i g B e e 是最新确定的商业名称 ， 在以前曾被发起 者以“ H o m e R F h t e ” 、 “ F i r e fl y ” 和“ R F - E a s y L i n k ” 等命名。 为 了满足类似 于传感器 的小型 、 低 成本设 备 无线联 网 的要求 ， 2 0 0 0年 1 2月 I E E E成立 了 I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4工作 组， 致力于定义一种供廉价的固定 、 便携或移动设备使 用 ， 且复杂度 、 成本和功耗均很低的低速率无线连接技 术 。Z i g B e e 联 盟成立 于 2 0 0 1 年 8 月 。 到目前为止， 除了 l n v e n s y s 、 三菱 电子 、 摩托罗拉、 三星和飞利浦等 国际知 名的大公 司外 ， 该联 盟大约 已 有百余家成员企业 ， 并在迅 速 发展壮大 。其 中涵盖 了 半导体生产商、 I I 服务提供 商、 消费类 电子厂商及 O E M商 等， 例 如 H o n e y w e l l 、 E a t o n和 I n v e n s y s M e t e ri n g S y s t e m s 等工业 控 制 和家 用 自动化 公 司， 甚 至 还 有像 M a t t e l 之类的玩具公 司。所 有这些公 司都参加 了负责 开 发 Z i g S e e 物 理 和 媒 体 控 制 层 技 术 标 准 的 匝E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4工作组 。 在工业 、 农业 、 车载 电子系统 、 家用网络 、 医疗传感 器和伺服执行机构等领域， 对于无线网络的要求与民 用场合有 很大 区别 。它通 常对 数据 吞 吐量 的 要求 很 低， 功率消耗要低。此外 ， 简单方便、 可以随意使用的 无线装 置大 量涌现 ， 需要 布置大量 的无线接入点 ， 而低 廉 的价格将起着关 键作用 。所 以 Z i g B e e 标 准要 解决的 问题是设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度 的无线收发信机 。要考虑的核心问题是低功耗和低价 格的设计， 这就要求该标准应提供低带宽、 低数据传输 率 的应用 。 2． 1 Z i g B e e的特点 ① 低功耗 由于 Z i g B e e 的传输速率低， 发射功率 仅为 1 n l W， 而且采用了休眠模式， 功耗低， 因此 Z i g B e e 设 备非 常省 电。据估 算 ， Z i g B e e 设 备仅靠 两节 5号 电 池就 可以维持 长达 6个月 到 2年左右 的使用 时间 ， 这 是其它无线设备望尘莫及 的。 ② 成 本低 Z i g B e e 模 块 的初 始 成 本 在 6美 元 左 右 ， 估计 很快 就 能降 到 1 ． 5～2 ． 5美 元 ， 并 且 Z i g S e e协 议是免专利费的 。低成 本对 于 Z i g B e e 也是一个关 键的 因素。 ③ 时延短 通信时延和从休眠状态激活的时延都 非 常短 ， 典 型的搜 索设 备时 延为 3 0 n s ， 休 眠激 活 的时 延是 1 5 m s ， 活动设备信道接入 的时延为 1 5 n s 。因此 Z i g B e e 技术适用于对 时延 要求 苛刻 的无 线控制 如工 业控制场合等 应用 。 ④ 网络容量大 一个星型结构的 Z i g B e e 网络最多 可 以容纳 2 5 4 个 从设 备和一个 主设 备 ， 而且 网络 组成 灵活。 ⑤ 可靠 采取 了碰撞避 免策 略 ， 同 时为需要 固定 带宽的通信业务预留了专用时隙， 避开了发送数据的 竞争和 冲突。M A C层采用 了完全 确认 的数 据 传输 模 式 ， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 如果传输过程 中出现问题可 以进行重发。 ⑥ 安全 Z i g B e e 提供 了基 于循 环冗余 校验 C R C 的数据包 完 整性 检查 功 能 ， 支持 鉴 权和认 证 ， 采 用 了 A E S 一1 2 8的加密算法 ， 各个应 用可 以灵 活确定其 安全 属性 。 6 R oC E S S AUT 0M A T1 0N I NS TRU MEN TAT I ON Vo i ． 2 6 No ． 6 J u n e 2 0 O 5 维普资讯 Z i g B e e 无线通信技术及其应用探讨周怡颞 ， 等 2 ． 2 z a g n e e 与 趣删． 1 5 ． 4的联 系 人们 常会把 Z i g B e e和 I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4等 同起来 ， 其 实两者之间还是有所区别的 ① Z i g B e e 完整 、 充分地利 用 了 I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4定义 的功能强大的物理特性 的优点 ； ② Z i g B e e 增加 了逻辑 网络和应 用软件 ； ③ Z i g B e e 基于 I E E E S O 2 ． 1 5 ． 4射频标准 ， 同时 Z i g ． B e e 联盟通过与I E E E紧密工作来确保一个集成的完整 的市场解决方案 ； ④ 8 0 2 ． 1 5 ． 4工作 组 主要 负责 制 定物 理 层 P H Y 和媒体访 问控 制 M A C 层标 准 ， 而 Z i g B e e负责 网络层 和应用层 的开发 。 图 1 示意 了 Z i g B e e 的结构和分工。 } r 用 户 案 l Zig 联 盟 l 网络层 l I 数据 链路 层 1] Bee联 盟 芒 三 亟 噩 三 三 j 厂 画 ]J 】 [ ]匝亟囹匝圃 图 1 Z i g B e e的结 构 和 分 工 2 ． 3 8 0 2 ． 1 5 ． 4 协议 架构及其技术特点 I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4满足 国际标 准 组织 I S O 开 放 系 统 互连 o S I 参考 模式 ， 定 义 了单 一 的 M A C层 和 多样 的 物理层。Z i g B e e 联 盟制定 了 M A C层 以上 协议 ， 其 协议 套件 由高层应用规范 、 应 用汇 聚层 、 网络层 、 数据 链路 层和物理层组成。 2 ． 3 ． 1 物理层 珊 ． 1 5 ． 4提供 了图 2 所 示 的两种 物理层 的选 择 8 6 8 。 ／ 9 1 5 Ⅻ z 和 2 ． 4 G H z ， 物理层与 M A C层 的协作扩 大了网络应用 的范畴 。这两种物理 层都采用 直接序列 扩频 D S S S 技术 ， 降低 了数字集成 电路 的成 本 ， 并且都 使用相同的帧结构， 以便低作业周期、 低功耗地运作。 8 68 M Hz ， 9I 5 M Hz 物理层 2． 4 G Hz 物理 层 通 道 I ． 1 0 2 ．MHz ～一I l l l l l l i l i ⋯ 90 2 M Hz 9 28 M Hz 通道 I I - 2 6 5 MHz 2 ． 4 GHz 2 ． 4 8 35 GHz 图 2两 种 不 同的 物理 层 2 ． 4 G物理层 的数据传输 率为 2 5 0 k b p s ， 8 6 8 ／ 9 1 5 MH z 物理 层 的 数 据 传输 率 分别 是 2 0 k b p s 、 d O k b p s 。2 ． 4 G H z 物理层的较高速率主要归因于基于 D S S S方法 1 6个 状态 的准正 交调制技 术。来 自物理层 收敛 协议 数据 单元 P P D u 的二 进制 数据 被依 次 按 字 节从 低 到高 组成 4 位二 进制数 据符 号 ， 每种 数据符 号 对 应 1 6状 态组中的一组 被映射成 3 2 位伪噪音码片， 以便传输。 然后采用最小移位键控方式 M S K I 对这个连续的伪噪 音码片序列进行调制 ， 即采用半正弦脉冲波形的偏移 四相移相键控 O Q P S K 方式调制 。8 6 8 ／ 9 1 5 M H z 物理 层使用简单 D S S S方法， 每个 P P D U数据传输位被最大 长为 1 5的码 片序列 i n 一序列 所扩展 。不 同的数据传 输率适用于不同的场合， 如 8 6 8 ／ 9 1 5 M H z 物理层的低速 率换取了较好的灵敏度 一8 5 d b m ／ 2 ． 4 G ， 一 9 2 d b m ／ 8 6 8 ， 9 1 5 M 和较 大 的覆 盖面 积 ， 从 而减 少 了覆盖 给定 物 理 区域所需 的节点数 ； 而 2 ． 4 G物理层 的较 高速率 适用 于较高的数据吞吐量 、 低延时或低作业周期的场合。 2 ． 3 ． 2 介质访问层 Z i g B e e M A C 层 的设 计需 要 考 虑到 降 低成 本 、 容 易 实现、 可靠的数据传输 、 短距离操作及非常低的功耗等 要求 ， 为此采用 了如下所示 的简单且灵 活的协议 ① 采用 I E E E标准 6 4 一 b i t 和 1 6 一b i t 短地 址 ； ② 基本网络容量可 以达到 2 5 4节点 ； ③ 可以配置使用大于 6 5 ， 0 O 0 2 节点的本地简 单 网络 ， 而且 开销不大 ； ④网络 协调器 、 全功能 设备 F F D 和 简化功 能设 备 R F D 等 3 种指定设备 ； ⑤ 简化帧结 构 ； ⑥ 可靠的数据传输 ； ⑦ 联合／ 分离 ； ⑧ A E S 一1 2 8安全机制 ； ．⑨ C S M AC A通道 ； ⑩ 可选的使用信标的超级帧结构。 I E E E S O 2 ． 1 5 ． 4 M A C子层定义 了广 播帧 、 数 据帧 、 确 认帧和 M A C命 令帧 等 4种 帧类 型 。只有 广播 帧和数 据帧包含了高层控制命令或者数据 ， 确认帧和 M A C命 令帧则用于 Z i g B e e 设备 间 M A C子 层 功能 实体 间控制 信息的收发 。广播帧 和确认 帧不需 要 接收方 的确认 ， 而数据帧和 M A C 命令帧的帧头包含帧控制域 ， 指示收 到的帧是否需 要确认 ， 如果 需要确认 ， 并且 已经通过 了 C R C校验 ， 接收 方将 立即发送 确认 帧。若 发送 方在一 定时间 内收不到确认帧 ， 将 自动重传该帧。这就是 M A C子层可靠传输 的基本过程 。 M A C层 的通用帧格式如 图 3 所 示。 2 1 0 --2 0 变 量 2 图 3 M A C层的通用帧格式 2 ． 3． 3网络层 网络层包括逻 辑链 路控 制子层 。8 0 2 ． 2 标 准 定义 了 L L c ， 并且通用于诸如 8 0 2 ． 3 、 8 0 2 ． 1 1 及 8 0 2 ． 1 5 ． 1 等 7 维普资讯 自动化仪表 第2 6卷第6期2 0 0 5年 6月 8 0 2系列标 准中 ， 而 M A C子层 与硬 件联 系较为紧密 ， 并 随不同物理层的实现而变化。网络层负责拓扑结构的 建立和维护 、 命名和 绑定 服务 ， 它们协 同完 成寻址 、 路 由及安 全这些不 可或 缺的任 务。 一， 、▲圭 一 一 一 、 o z I g b e e 协调器 F F D O z i g b e e 路由 F F D O Z ig b e e 终端 R F Do r F F D ●一 ’ 一 Me s h连 接 一 星 形 连接 图 4 z i g B e e 的 网络 结构 1 E E E 8 00 ． 1 5 ． 4标准草 案 支持 多种 网络 拓 扑结 构 ， 包括 图 4所示的新型 网状 网络 M e s h 。计算机外 围设 备等要求低延迟等待接入的应用一般采用星型网络结 构， 而其它一些应用， 如周边安全等可能要求大面积网 状 网络 的覆盖 。多址的形式包括 I E E E标 准 6 4 位和短 地址 8 位 。 3 Z i g B 目前的开发环境 由于 Z i g B e e 问世不久 ， 加之协议也刚 刚确定 ， 所 以 市场 上可供 选择 的产 品不多 。在 几大 I C厂 商的鼎 力 支持 和推动下 ， 现在市面上 已经有 了一 些供 开发人 员 应用 的器件或者 套件 ， 而且越来 越 多的 Z i g B e e 芯 片和 模块 陆续 问世 ， 这将极 大地方便 人们进行 产品开发。 下面就已面市的开发模块或套件作一简单叙述。 3 ． 1 摩托 罗拉 飞思 卡尔 摩托罗拉的全资子公 司飞思卡尔 F r e e s a c l e s e r n i c o n d u c t o r 是 1 E E E 8 00 ． 1 5 ． 4标 准 机 构 的重 要 成 员。摩 托罗拉 已经推 出了针对 Z i g B e e 的开发套件 。 ① M C 1 3 1 9 1 G T 1 6 ／ 3 2套件 支持 简单 的 MA C层 S MA C 2 ． 5 k B ； 提 供 源代码 以方便 开发 人员 了解 Z i g B e e 的运 作流程 ； 支持 点对点 和 星状 网 的网络拓 扑 结构。 ② M C 1 3 1 9 2G T 3 2 ／ 6 0套 件 提 供 8 0 2 ． 1 5 ． 4 MA C 目标码 ； 支持 简单 的 MA C ； 支持点 对点 、 星状 网和树 状 网的网络拓扑 结构。 ③ M C 1 3 1 9 2 G T 6 0套件 支 持 网状 Me s h 网络 ， 同时提供 Z s t a c k 等开发工具 和源代码 飞思卡尔 的 Z i g B e e 解决方 案主要是通过 一个 8位 M C U和一个 Z i g B e e 收 发模块 来 实现基 于 Z i g B e e 的应 用开发 。它提供参考手册 、 开发板和源代码 ， 以帮助用 户加快开发速度 。图 5 示意 了 M o t o r o l a的解决方案。 3． 2 Emb e r 作为 Z i g B e e 的 P r o m o t e r 之一， E m b e r 在开发 Z i g B e e 方面也做 了很多工作。现已开发 出 E M1 000 、 E M 2 0 4 0 两款 R F收发器。它提供一个高速的硬件串口与主机 连接 ， 并 且 提供 E m b e r N e t 的开 发 环境 以 方便 用 户 开 发。E M 2 4 2 0是一个 真正 兼容 I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4的 2 ． 4 G H z 单芯片 R F收 发 器 ， 满 足 低 功 耗 和 低 电压 设 计 ， 包 括 D S S S 基 带 m o d e m 和 2 5 0 k b p s 数 据 速 率 ， 但 只适 用 于 E m b e r 授权的网络栈以供 8位芯片使用。图 6所示为 使用 E M 2 4 2 0的嵌入式无线 网络。 z i g B e e 用 于传 感 器应 用的 实例 框 图 射 频调 制解 调 器8 - b it 徽处 理器 [ 盈匿 ] ⋯⋯⋯ 图 5 F ine s Se的 Z i g B e e 解 决方案 使 用EM2 4 2 0 的嵌 入式 网络 S u p p o rt e d P P 日 。 l n 。s t Ⅱ c a n。n l 一 一-． o s , N e tw o r k i n g M o d e l I “ I ‘ 、 I A p p lic a tio n l 、 、 、 、 I P r e s e n ta t i o n I E M2 4 2 0[ P a c k e t B u ff e r] 、、 、 、 、 J S e s s io n 。 、l T r a n s p o r t 圃 C R C1 6 ．[ 、、 】 N e two r k 一 l Da t a li n k 眦． l 嚣 - 一 a n ta n DS S T r a n s c | e v e r l 、 、 、、 l P hysica 1 ． P o w e r S u p p ly ／ F i l t e r i n g } 一U n r e l _ t e d P o w e r 图 6 E M 2 4 2 0的 g B e e无线网络 3． 3 Ch i p c o n 挪威半导体公 司 C h i p e o n 推出的 C C 2 4 2 0 是 全球 首 颗符 合 Z i g B e e 联盟 标准 的 2 ． 4 G H z 射频 芯片 。C C 2 4 2 0 基 于 C h i p c o n公 司 的 S m a r t R F 0 3技 术 ， 采 用 0 ． 1 8 w n工 艺 。为 了保持和 Z i g B e e 标准一致 ， C C 2 4 2 0支持 2 5 0 k b p s 数据传输率。 该公司现在还提供开发工具套件。通过套件用户 可 以很快地进行 Z i g B e e 网络的评估和设计。这个套 件 包括一个基于 C C 2 4 2 0的 内嵌 ZS t a c k Z i g B e e 协议栈 的硬件模块。软件包 括用 于首 次定 制的 ZS t a c k Z i g B e e 网络 配置器 、 用于 建立 用户 自己应用 程序 框架 的 Z S t a c k Z i g B e e P r o fi l e B u i l d e r 以及为方便 网络调试 而提 供 的 ZT o o l Z i g S e e P r o t o c o l S t a c k T ra c e工 具 。 C h i p e o n 公司可 以提供 C C P _A 2 0 样 片。 此外 A t m e l 也将提供 A rI 8 6 R F 2 1 0 Z n k T M 收发器 ， 允许在 8 6 8 ／ 9 1 5 M H z 的物理 层实 现 2 0 k b p s 到 4 0 k b p s 的 数据收发 速率 ； C r o s s b o w提 供小 型 多频 段智 能 的无线 模块 M I C A z M P R 2 4 0 0 、 M I C A2 M P R d 0 0 和 M I C A2 D O T 8 P ROCE N ATI ON I N S T RUMEN TAT I ON Vo 1 ． 2 6 No ． 6 J t me 2 0 O 5 维普资讯 g l l e e 无线通信技术及其应用探讨周怡颞。 等 M P R S 0 0 ； 赫立 讯科 技 H e h c o m m 提供 Z i g B e e 小 型无 线模块， 包括射频收发器 、 1 0一b i t A ／ D转换 和兼 容 8 0 5 1 的微控制器 。另外 J e n n i c 和 M i c r o c h i p也都 有各 自 Z i g B e e 的单芯片或套件设备 面市 。 从 以上 的介绍 中可 以看 出 ， 使 用上述 公 司提供 的 开发器件或套件就可以方便地开发出自己的 Z i g B e e 产 品。随着 Z i g B e e越来 越 被大 家 熟识 和 进入 快 速发 展 期 ， 市场上提供的开发套件和芯片将会越来越多 ， 这对 简化设计 、 加快开发速度有利 。 4 Z a g l 的应用支持及其设计方案 由上述介绍 可以发现 ， 利用 现有 的工具 和套件 已 经可 以进行 应用 产品 的开发 。下面 以 M o t o r o l a 的 Z i g B e e ／ 8 0 2 ． 1 5 ． 4 E v a l u a t i o n K i t 为例 ， 着重对 开发 方式加 以 说 明。 Z i g B e e ／ 8 0 2 ． 1 5 ． 4 E v al u a ti o n Kit 是一 套 Z i g B e e的评 估开发套件 ， 它能帮 助开发 人员较 快地 掌握 Z i g B e e 系 统的开发方式 。 4 ． 1 硬件部分 该评估 套件包 括 1 3 1 9 2 一E V B和 1 3 1 9 2一S A R D两 块 印刷板。板上载有预先 上传 的显 示程序 ， 并允许 用 户通过工具上传用户应用程序。 两 块 电 路 板 都 包 括了 一 块F r e e s c al e 的 M C 9 o 8 H C S 0 8㈣M C U和一块 F r e e s c al e M C 1 3 1 9 2 射 频 芯 片。M C 9 o 8 H C S 0 8 G T 6 0 是 H C S 0 8 系列之一 ， 是一款 8 位 、 低功耗 、 高性能 的微处理器 ， 内部包括 6 0 K B的嵌 入 式 F l a s h 和 4 K B的 R A M， 其 Fl a s h 的段大小为 5 1 2 B 。 M C 1 3 1 9 2 射频收发器是一个 小型的无线 电收发装 置 ， 使用 2 ． 4 G H z I S M波段 ， 可 以通过 S P I 接 口同微处 理 器进行通信 ， 支持 I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4标准的拓扑结构。如 果需要 M e s h 结 构可以选用 M C 1 3 1 9 3 。 4 ． 2 软件部分 包括 简 单 应 用 的 S MA C软 件 包 和 c o d e wa 0 D e v e l o p m e n t S t u d i o 。开 发 过 程 可 以通 过 C o d e Wa r r i o r TM Dev e l o p m e n t S t u di o 进行 ， 简单方便 。 开发前期可以通过提供的板载演示程序或简单应 用程序来熟悉 Z i g B e e的具体内容； 开发中期可以针对 某个简单任务开发 自己的最 小系统 或简 单 系统 ； 开发 后 期可以尝试开发一些 有一定 难度 的应用 方案 ， 也 可 以针对某 种仪表进行 Z i g B e e 无线解决方案 的应用 。 5 结束语 Z i g S e e 是一个针 对 传感器 网络 、 建 筑 自动化 等 应 用 的短距 离无 线技 术规 范。Z i g B e e 是 近距 离 、 低 复 杂 度、 低功耗、 低数据速率、 低成本的双向无线通信技术 ， 主要适 用于 自动控制和远程控制领域 ， 是为满足小 型 、 廉 价设 备的无线联网和控制而制定的 。它按高度省 电 要求设计 ， 因此低功耗和较低数据传输率意味着不会 和 Wi F i 等其它无线技术竞争 ， 而是 作为传感 路网络 等应用 的性价 比较 高的方案。业 界对 它在上述领域的 应用进展 充满信 心。 2 0 0 4年 1 2月 1 4日， Z i g B e e 联盟宣布 Z i g B e e 规范 已 获批准 。这 一消 息将 极 大激 励 Z i g B e e 相 关 产 品的 发 展 ， 也将大大加快 Z i g B e e 进入市场的步伐。 参考文献 1 郦亮 ． I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4标准及其应用 ． 电子设计应用 ， 2 0 0 3 2 王权平 ， 王莉 ． z i g B e e 技术及其应用 ． 现代电信科技 ， 2 0 0 4 3 韩旭 东 ， 张 春业 ， 李鹏 ． 传感器 无线互联 标准及 实现 ． 电子 技术 应用 ， 2 0 0 4 4 陈晓琛 ， 申伟 ， 王 隽 ． 低 速无 线 个人 区域 网的实 现 ． 电信快 报 ， 2 0 0 4 5 彭立 ， 徐红漫 ． 发展中的 I E E E S 0 2 ． 1 5 ． 4现代电信科技 ， 2 0 0 4 6 王永铭 ， 邵之江 ． 工业监控中的无线 网络 设计与应 用 ． 工业 仪表 与 自动化装置 ， 2 0 0 3 7 彭天笑 ， 缪小红 ． 基 于 的 WP A N构 建方案 ． 电信 工程技 术 与标准化， 2 0 0 3 8 戴迎 瑁， 方会平 ． 无线个 人区域 网 WP A N 技 术综述 ． 浙江万 里 学 院学报 ， 2 0 0 4 9 陈宏林 ． 无线新 手短兵相 接 B l u d 0 0 ￡ Il 的同类新技 术 Z i s B ． 2 0 0 4 l O 蔡型 ， 张思全 ． 短距 离无线通信技术综 述． 现代 电子技术 ， 2 0 0 4 1 1 J o n A d a m s ．D e s i g n i n g w it h 8 0 2 ． 1 5 ． 4 a n d Z i s B ．w w w ． z i g I e e ． o r g ， 2 O O 4 1 2 P a t r i c k Kin n e y ．I EE E S 0 2． 1 5． 4 S t