近年來，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)層出不窮。ZigBee技術(shù)作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)，正有力地推動著低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-wPAN）的發(fā)展。ZigBee是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的、應(yīng)用于無線監(jiān)測與控制應(yīng)用的全球性無線通信標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)簡單易用、近距離、低速率、低功耗（長電池壽命）且極廉價的市場定位，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家庭自動化、醫(yī)療護(hù)理、智能農(nóng)業(yè)、消費(fèi)類電子設(shè)備和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。基于ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很多相似之處，故很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)把它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信平臺。目前在藍(lán)牙技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用系統(tǒng)費(fèi)用高、功耗高、供電電池壽命短，并且還無法突破價格瓶頸的情況下，ZigBee技術(shù)無疑將擁有廣闊的應(yīng)用前景。

　　物聯(lián)網(wǎng)ZigBee的結(jié)構(gòu)體系

　　相對于其他無線通信標(biāo)準(zhǔn)而言，ZigBee協(xié)議棧顯得更為緊湊和簡單。ZigBee協(xié)議棧它是由底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三大部分組成的。

　　1、底層硬件模塊

　　底層硬件模塊是ZigBee技術(shù)的核心模塊，所有嵌入ZigBee技術(shù)的設(shè)備都必須包括底層硬件模塊，它主要由射頻（Radio-Frequency，RF）、ZigBee無線收發(fā)器和底層控制模塊組成。

　　ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義了兩個物理層（PHY）標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4 GHz物理層和868/915 MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrun，DssS）技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制方式、信號處理過程和傳輸速率。

　　底層控制模塊定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括：激活和休眠射頻收發(fā)器、收發(fā)數(shù)據(jù)、信道能量檢測（Energy Detect，ED）、鏈路質(zhì)量指示（Link Quality Indication，LQI）和空閑信道評估（Clear Channel Assessment，CCA）。

　　（1）信道能量檢測為網(wǎng)絡(luò)層提供信道選擇依據(jù)，它主要測量目標(biāo)信道中接收信號的功率強(qiáng)度，由于這個檢測本身不需要進(jìn)行解碼操作，所以檢測結(jié)果是有效信號功率和噪聲信號功率之和。

　　（2）鏈路質(zhì)量指示為MAC層或者應(yīng)用層提供接收數(shù)據(jù)幀時無線信號的強(qiáng)度和質(zhì)量信息，與信道能量檢測不同的是，它要對信號進(jìn)行解碼，生成的是一個信噪比指標(biāo)，這個信噪比指標(biāo)和物理層數(shù)據(jù)單元一起提交給上層處理。

　　（3）空閑信道評估用于判斷信道是否空閑。ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義了三種空閑信道評估模式：第一種是判斷信道的信號能量，當(dāng)信號能量低于某一個門限量就認(rèn)為信道空閑；第二種是判斷無線信道的特征，這個特征主要包括兩方面，即擴(kuò)頻信號特征和載波頻率；第三種模式是前兩種模式的綜合，同時檢測信號強(qiáng)度和信號特征，判斷信道是否空閑。

　　2、中間協(xié)議層

　　中間協(xié)議層由IEEE 802.154MAC子層、IEEE 802.15.4鏈路控制子（Logical Link Control，LLC）層、網(wǎng)絡(luò)（NWK）層，以及通過業(yè)務(wù)相關(guān)聚合子層（ServiceSpecific Convergence Sublayer,SSCS）協(xié)議承載的IEEE 802.2LLC子層（選用協(xié)議層）組成。

　　MAC子層使用物理層提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸，而LLC子層在MAC子層的基礎(chǔ)上，在設(shè)備間提供面向連接和非連接的服務(wù)。MAC子層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)，前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，后者維護(hù)一個存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。MAC子層主要功能包括：

　　·作為協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步；

　　·支持無線信道通信安全；

　　·使用載波偵聽多址沖突避免（CSMA/CA）機(jī)制訪問信道；

　　·支持時隙預(yù)留機(jī)制（Guaranteed Time Slot，GTS）；

　　·支持不同設(shè)備的MAC層間可靠傳輸。

　　NWK層負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，它獨(dú)立處理傳入數(shù)據(jù)請求、關(guān)聯(lián)（Assoclation）、解除關(guān)聯(lián)（Disassociation）和孤立通知請求。

　　SsCS和IEEE 802.2LLC只是ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中可能的上層協(xié)議，并不在IEEE 802.154標(biāo)準(zhǔn)的定義范圍之內(nèi)。SSCS為IEEE802.15.4的MAC層接入IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義的LLC子層提供聚合服務(wù)。LLC子層可以使用SSCS的服務(wù)接口訪問IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)，為應(yīng)用層提供鏈路層服務(wù)。

　　3、高端應(yīng)用層

　　高端應(yīng)用層位于ZigBee協(xié)議棧的最上面，主要包括以下五個部分：應(yīng)用支持（APS）子層、 ZigBee設(shè)備對象（ZDO）、ZigBee設(shè)備配置（ZDC）層、應(yīng)用層（APL）和用戶應(yīng)用程序。

　　（1）APS子層主要提供ZigBee端點(diǎn)接口。應(yīng)用程序?qū)⑹褂迷搶哟蜷_或關(guān)閉一個或多個端點(diǎn)，并且獲取或發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　（2）ZDO負(fù)責(zé)接收和處理遠(yuǎn)程設(shè)備的不同請求。ZDO打開和處理目標(biāo)端點(diǎn)接口，和其他的端點(diǎn)接口不同，目標(biāo)端點(diǎn)接口總是在啟動時就被打開并假設(shè)綁定到任何發(fā)往該端口的輸入數(shù)據(jù)幀。

　　（3）ZigBee設(shè)備配置層提供標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee配置服務(wù)，它定義和處理描述符請求。遠(yuǎn)程設(shè)備可以通過ZDO請求任何標(biāo)準(zhǔn)的描述符信息，當(dāng)接收到這些請求時，ZDO會調(diào)用配置對象以獲取相應(yīng)的描述符值。

　　（4）APL提供高級協(xié)議棧管理功能。用戶應(yīng)用程序使用此模塊來實(shí)現(xiàn)管理協(xié)議棧功能。

　　（5）用戶應(yīng)用程序主要包括廠家預(yù)置的應(yīng)用軟件，同時，為了給用戶提供更廣泛的應(yīng)用，還提供了面向儀器控制、信息電器、通信設(shè)備的嵌入式應(yīng)用編程接口庫，從而可以更廣泛地實(shí)現(xiàn)設(shè)備與用戶的應(yīng)用軟件間的交互。