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ZigBee无线网络设计
ZigBee协议是一个全球化的开放性标准,以实现测、控功能的众多应用提供低功耗的无线连接。ZigBee以灵活的、可扩充的网络拓扑、便于安装的综合设置和智能路由技术、高防故障能力,。ZigBee还具有严格的安全措施,可以和其它无线技术,如蓝牙和WiFi等在同一个工作环境中和平共处。
ZigBee的无线传输距离与工作环境密切相关。标准无线控制模块在0dBm输出功率时,室外工作距离可达450米,但在室内,由于墙体和其它物体的吸收、反射、衍射、驻波等效应,距离大大缩短;输出功率大于15dBm功率模块的工作距离约可增加10倍。此外,无线网络的网形,簇树形拓扑结构还能进一步增加工作距离。
通信的安全性与可靠性
由于通信会受到无线干扰和较差的发送/接收条件的破坏,ZigBee使用多项技术来确保通信的可靠性。首先,ZigBee网络在无线传输时采用编码机制。(QPSK)调制技术,同时将4位数据符号变换为32位片序列。这样,既使在同一信道内,在同一时间有其它无线信号,ZigBee消息也能完整地到达目的地。
其次,它的传输采用带冲突避免的载波侦听、多点接入方案。简单地说,节点在发送前首先要侦听信道,看它是否是畅通的。要是信道正工作着,节点延时后再次侦听,这样反复进行直到信道畅道为止才开始发送消息。其次,消息到达目的地后,接收设备要送一个确认信号来表示消息已经收到。如果发送设备没有收到确认信号,它将在一定时间间隔内再次发送原有的消息。
ZigBee内设“安全工具箱”来提供高安全性,主要措施有:
·接入控制表:只有预定义的“友好”节点才能加入网络;
·128位AES基加密技术:一种高安全的密钥基加密系统,某些无线微控制器还备有硬件保密功能。
·消息更新定时器:拒绝超时消息,防止外侵消息攻击网络。

网络结构
ZigBee网络有三种拓扑形式:星形、簇树形和网形(图1)。消息从一个节点如何路由至另一个节点完全取决于网络拓扑。星形网络有一个中心节点,所有消息都经它传输。簇树形网络有一个顶端节点,下面有枝有叶,消息先上行再下传。网形网络与簇树形相似,但它的某些枝、叶可直接链接。
网络的基本单元是节点,单一网络最多可设65535个节点。按功能区分,有简化功能设备(RFD)和全功能设备(FFD)。前者按最少RAM和ROM资源实现的,设计成网络中简单的收/发节点。它能搜索现成网络,必要时传输应用数据,向网络协调器请求数据,多数时间处于休眠状态以节省电池功耗。后者可用作网络协调器,连接协调器或另一个通信设备。它还能发现其它RFD和FFD建立通信联系。
在具体网络中,逻辑设备类型是ZigBee协调器,ZigBee路由器和ZigBee端点设备。协调器启动网络、管理网络节点、存储网络节点信息。它还能提供路由消息、安全管理和其它服务。路由器参与网络中成对节点的消息路由,可让子节点与它连接。终端节点不能传输消息,也不能连接其它子节点,它的主要任务是发送与接收消息。
ZigBee自形成和自愈网络结构允许数据和控制消息通过多条路径传输,这一特性扩展了网络的范围并提高了数据的可靠性。网络的对等功能可用于构建大型的,地域分散的网络,将小型网络连接在一起形成簇树网络。

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