1、引言

　　建立基于實時數據庫的生產信息管理系統，實現對控制裝置的數據上傳，實時數據監測，形成一個工業控制網絡是現代企業工業化管理的特征。隨著計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的相互滲透、結合，無線通訊技術逐漸在工業控制領域，為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供無線數據鏈路，特別是在一些特殊環境下彌補有線網絡的不足，進一步完善工業控制網絡的通信性能，成為工業通信的新寵。在GPRS、藍牙、WiFi、ZigBee等無線通信標準中，ZigBee以功耗低、可靠性高、網絡容量大、時延小、成本低等優點在工業通信領域脫穎而出。

　　ZigBee是由ZigBee Alliance(ZigBee聯盟)制定的無線網絡協議，是一種近距離、低功耗、低數據速率、低復雜度、低成本的雙向無線接入技術，主要適合于自動控制和遠程監控領域。ZigBee聯盟在制定ZigBee標準時，采用了 IEEE802. 15. 4協議作為其物理層和媒體接入層規范。在其基礎之上，ZigBee聯盟制定了網絡層(NWK)和應用編程接口(API)規范,并負責高層應用、測試和市場推廣等方面的工作。

　　2、IEEE802.15.4協議

　　2.1 物理層

　　IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4 GHz物理層和868/915MHz物理層。兩個物理層都基于DSSS(Direct Sequence SpreadSpectrum，直接序列擴頻)技術，使用相同的物理層數據包格式，區別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。2.4GHz波段為全球統一的無需申請的ISM 頻段，劃分成l6個信道, 碼元速率為62.5kbaud，采用了l6進制正交調制，用碼片長度為8的偽隨機碼直接擴頻技術,能夠提供250kb/s的傳輸速率.868MHz頻段是歐洲的ISM 頻段，有1個信道，數據傳輸速率為20kb/s。915MHz頻段是美國的ISM頻段，劃分為10個信道, 數據傳輸速率為40kb/s。 后2個頻段均采用了差分編碼的二進制移相鍵控(BPSK)調制，用碼片長度為15的M序列直接擴頻。這兩個頻段的引入避免了2.4GHz附近各種無線通信設備的相互干擾。物理層的主要功能包括：數據的調制，激活和休眠射頻收發器,信道能量檢測,信道接收數據包的鏈路質量指示,空閑信道評估,收發數據等。

　　2.2 數據鏈路層

　　數據鏈路層負責數據成幀、幀檢測、介質訪問和差錯控制等。IEEE802系列標準把數據鏈路層分為媒質接入子層MAC和邏輯鏈路控制子層LLC。MAC子層依賴于物理層提供的服務實現設備之間無線鏈路的建立與拆除、數據幀傳輸等;LLC子層在MAC子層的基礎上，為設備提供連接服務，由IEEE802.6定義，為IEE802系列標準公用。鏈路層通過兩個服務訪問點(SAP)訪問高層，通用部分SAP(MCPS-SAP)訪問數據服務，管理實體SAP(MLME-SAP)訪問管理服務。ZigBee/IEEE 802.15.4網絡的所有節點都工作在同一個信道上，當鄰近的節點同時發送數據就有可能發生數據沖突。為此MAC層采用了載波偵聽/沖突檢測(CSMA/CA)技術避免數據發生沖突。簡單來說，就是節點在發送數據之前先監聽信道，如果信道空閑則可以發送數據，否則就要進行隨機的退避，即延遲一段隨機時間，然后再進行監聽，通過這種信道接入技術，所有節點競爭共享同一個信道。

　　IEEE 802.15.4的MAC層定義了4種基本幀結構:

　　● 信標幀，供協商者使用。

　　● 數據幀，承載所有的數據。