ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议,根据国际标准规定,ZigBee是一种短距离、低功耗无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠嗡嗡(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来和同伴传递花粉所在的方位信息,靠这种方式构成了群体中的通信网络,其特点是近距离、自组织、低速率。
ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:
(1) 低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee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: ZigBee模块的成本在2—3美元左右,并且ZigBee协议是免专利费的,低成本对于ZigBee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30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee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Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,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。MAC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: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee协议框架如下图:
ZigBee网络三种拓扑结构图:
ZigBee以成本低、功耗小、数据安全、延时短等特点,成为短距离物联网的重要技术之一,在工业、家庭自动化、农业自动化和医疗护理等领域得到广泛应用。同时,ZigBee联盟通过开放的姿态探索内外互通,有望在现有的成熟产业的基础上打造技术开放的物联网短距离连接模式,成为万物互联的重要助推者。