一、 ZigBee概述
ZigBee技术适用于短距离通信。ZigBee接口有统一的标准，它的物理层、介质访问控制层符合IEEE802.15.4标准。ZigBee联盟对网络层的协议标准进行标准统一。使用者的依据具体要求来设定ZigBee的应用层，采用这种形式会使网络的组建更加灵活[1]。
网络组建的类型主要有三种，分别是星型网络、树形网络以及网状网络，用户根据自己的功能要求，选择合适的网络结构类型。在使用ZigBee无线通信技术时，为了避免无线电波之间的相互干扰和冲突，ZigBee采用了CSMA-CA机制，此外，还建立了比较完整的应答机制来保证传输数据可靠性[2]。
由于ZigBee设备传输的功率很小，功耗很低，传输的距离一般不超过100m。ZigBee设备能保证通信质量，用户还可以对它的传输速率调整，这样能够在确保通信质量的情况下，通过调整传输速率降低多余功耗。利用ZigBee技术进行组网，成本低，体积小，能集成在很多电子设备上[3]。
二、ZigBee结构体系
ZigBee通信可靠性很高、功耗很低。ZigBee结构通过层来量化，不同的层作用不同，每层根据自己的功能并依据结构要求向它的上层提供服务。采用逻辑链路的方法给每层的接口提供服务。ZigBee结构构成层主要有物理层（PHY）、媒质接入层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（ALP）。图层的分布如图所示：
ZigBee协议的结构体系简单，不像其他网络通信协议那样复杂，这些网络通信协议通常有7层结构，而ZigBee技术仅有3层结构。在ZigBee结构体系中，PHY层、MAC层符合IEEE802.15.4协议。PLME一方面对PHY层进行管理，同时也为PHY层提供数据。
三、ZigBee网络结构体系
依据网络应用的需要，ZigBee网络中有两种类型功能设备，有三种类型的网络节点，能够组建三种类型的网络拓扑结构。
ZigBee设备按照作用分为两类，分别为全功能设备FFD(Full Function Device)和精简功能设备 RFD(Reduced Function Device)。ZigBee网络中节点主要分为三种：协调器节点、终端设备节点、路由器节点，其中，协调器节点和路由节点必须是FFD，终端节点一般情况下采用FRD。
FFD相对于FRD功能比较齐全，FFD能够和其他设备互相通信，三种节点中的每一种节点，都可以使用FFD。FRD功能单一，在ZigBee网络中作为终端节点，只能与FFD相互通信，FRD之间不能进行通信，如果要想实现FRD之间的通信，他们之间必须经过FFD设备进行转发来完成通信。综合所述，如果想要实现室内组网，在ZigBee网络中要求必须有一个FFD设备。
协调器：协调器节点是ZigBee网线中最基本的设备，ZigBee网络以协调器基础建立网络，协调器节点组网进行第一步是选择信道以及ID设备，然后开始一个网络，当网络建立好之后，它执行路由器的功能，这时的网络也就不再依靠这个协调器了。
路由节点：路由节点在网络中的任务就是负责路由数据，只有在组建网状网络或者树形网络时才会用到路由节点，由ZigBee路由算法决定在什么地方放置路由节点。在组建的网络过程中，路由节点主要有两个作用：一个是协助终端节点设备加入到网络中，另一个是增加整个网络的通信距离。
终端节点：终端节点的主要负责接收上级节点设备传送过来的数据或者把采集到的数据发送到上级节点设备，不具备转发信息或这让其他的节点加入网络的功能。一般情况下在终端节点不工作时，可以让其进行休眠，这样可以降低功耗。终端设备不负责组建和维护网络，因此可以依据它自身的状况选择睡眠或者唤醒。
ZigBee有星型、树状、网状三种网络拓扑结构。
ZigBee星形网络结构组成最为简单，在其网络结构中包括多个终端节点以及一个协调器节，其中，主协调节点一定是完整功能设备，而终端节点如无其他要求任何节点设备都可以，实践中，应该依据功能需求采用相应的功能设备。
树状网络是星形网络基础上的一种复杂形势，多个星型网络连接构成树状网络，终端的节点一般情况下是精简功能设备，它只可以和上级节点进行直接通信，不能和其他节点进行直接通信，如果要和其他节点设备进行通信的传输只能采用路由节点来实现。树状网络的一个显著优点是网络覆盖范围较大，这会导致随着通信距离的不断增大，通信节点数目增多，信息的传输速率会变慢，传输的时间延长。
网状网络是由多个全功能设备连接在一起像网一样的通信链路，全功能设备之间以平等的方式互相通信，网络中路由节点允许直接相连，但ZigBee协调器也只能有一个。网状网络是以树状网络作为基础，在其基础上的进行延伸，不同之处在于它是通过路由节点来完成数据的通信路由的。网状结构的可靠性比另外两种结构都要高，具有“自恢复”的能力，在数据传输时有多条通路，因此假如其中某条路径出现故障可以其他路径传输，这样就不会因为某个节点不通而影响整个链路通信，但这样会导致网络的“高冗余“。此外网状结构比其他两种网络结构可靠稳定，传输数据所用时间短，但所用的存储空间开销会增加。
下图为三种网络拓扑结构的示意图：
四、总结
Zigbee符合IEEE802.15.4标准局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通讯技术，随着物联网技术的不断发展，Zigbee无线通讯技术必将得到越来越多的人的关注，同时由于价格便宜且安全性高，在城市建设及生产领域得到了广泛的应用。
参考文献
[1] 王悦.远程门禁监控系统的研究与实现[D]. 天津:天津大学,2008.中南大学信息科学与工程学院.2008.
[2] 邱文静. 基于GSM短消息的家居设施遥控监测系统设计[D]. 江苏:南京理工大学,2005.
[3] 顾陈耀,陆兴华,郭华锋. 车祸自动定位报警系统的设计与实现[J].电子设计工程,2011,09:141-143.
论文作者:郝立钢
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/31
标签：节点论文; 网络论文; 设备论文; 通信论文; 结构论文; 路由论文; 终端论文; 《科学与技术》2019年第05期论文;