毕业设计（论文）无线测温网络中RFD模块的设计.doc

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1、 毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义此项设计的主要意义在于对无线测温的电池供电产品化、实用化作出有益的尝试。 对无线传感器网络节点的RFD模块能量消耗情况进行了初步的分析，并对CPU、无线模块、DPM和传感器提出具体的节能措施。2、本课题研究的主要内容：本次设计的是无线测温网络中的RFD模块，要求电池供电，无线发送温度信息。为了节能该模块采用超低功耗微处理器STC12A32S2，并且采用了动态功率管理策略(DPM)；为了能实时地测量温度，所测数据能通过无线ZigBee局域网络发送到信息管理中心。完成模块的硬软件设计，完成系统硬件体系结构图和系统软件设计研究。3、提交的成果：（1）毕业设

2、计（论文）正文；（2）附录A 系统电路原理图附录B 外文文献及其译文附录C 主要参考文献及摘要附录D主要源程序清单指导教师（签字）教研室主任（签字）批 准 日 期2009年12月30日接受任务书日期2010年01月06日完 成 日 期2010年06月16日接受任务书学生（签字）无线测温网络中RFD模块的设计摘 要无线传感器网络（WSN）将现代无线通信技术、微传感器技术和网络技术有机地融为一体，具有广阔的应用前景，已成为信息领域的研究热点。然而由于节点能量有限且电池不易更换，能耗问题已成为无线传感器网络的核心问题。其中基于ZigBee技术的无线传感器网络以其低功耗、低成本和低复杂度等优点受到高度

3、关注。因此，本文将对基于ZigBee技术的无线传感器网络的节能技术进行研究。本文以节能技术为主线，在对ZigBee技术进行介绍后，通过与其它无线通信技术的对比，说明ZigBee技术更适合应用于无线传感器网络。然后，详细介绍了低功耗的基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的硬件设计。接着对动态功率管理（DPM）的节能策略在所开发节点上的应用进行了说明。硬件的低功耗设计以及动态功率管理在节点上的应用，使节点的平均工作电流达到了0.5246mA。实际应用中，3.7V 20AH的电池可达到的工作天数为1588.459天。关键词：无线传感器网络；ZigBee；节点；节能；DPM Design of R

4、FD Module in ZigBee Thermometric Network AbstractIntegrated with modern wireless communication technology, micro-sensor technology and network technology, WSN has wide application foreground and became the current R&D hotspot at IT. Due to limitation of power supply for the nodes as well as the comp

5、lexity of battery replacement, energy conservation becomes a key problem in WSN. One branch of WSN based on the ZigBee technology, with its advantage in low-power, low-cost and low-complexity is being paid a high degree of attention to. Hence this paper introduces the research on energy efficiency t

6、echnology for ZigBee-based Wireless Sensor Networks.Within this paper, we discussed WSN with a mainly focusing on energy efficiency technology. Firstly, beginning with a brief introduction of ZigBee technology and a comparison of it with other wireless communication technologies, we proved that it i

7、s more suitable for WSN. Secondly we introduce the hardware design of low-power node of ZigBee-based WSN. Then, we explain the application of energy-saving technique-Dynamic Power Management (DPM) on our nodes. The hardware design of the low power consumption and dynamic power management on a node o

8、f the application, make the average working current node reached 0.5246 mA. In practical application, 3.7 20AH V battery can achieve the working days for 1588.459 days.Key Words: Wireless Sensor Network, ZigBee, node, Energy Efficiency, DPM目 录引 言1第1章 概述21.1 研究背景及意义21.1.1 无线传感器网络21.1.2 ZigBee技术31.1.3

9、 温度测量技术概述41.2 国内外研究现状及存在的问题5第2章 ZigBee技术72.1 ZigBee协议简介72.2 ZigBee协议结构82.2.1 物理层82.2.2 MAC层102.2.3 网络层122.2.4 应用层122.3 ZigBee技术应用于WSN的优势13第3章 RFD硬件系统设计及其低功耗分析153.1 硬件低功耗技术综述153.2 节点各部分设计及功耗分析153.2.1 CPU能耗分析与节能设计163.2.2 无线通信模块选型173.2.3 传感器模块213.2.4 电源模块253.2.5 实时时钟电路31第4章 系统软件低功耗分析33结论与展望38致 谢39参考文献4

10、0附录41插图清单图2-1 ZigBee协议架构框图.7图2-2 ZigBee网络拓扑结构.8图2-3 物理层结构模型.9图2-4 物理层数据服务信息流程图.9图2-5 MAC层参考模型.10图2-6 MAC层数据服务信息流程图.11图2-7 连接的信息流程图.11图2-8 断开连接的信息流程图.12图3-1 节点的硬件结构框图.15图3-2 节点的能量消耗情况.16图3-3 单片机的晶振电路.17图3-4 CC2420芯片内部结构.19图3-5 CC2420RF状态控制.20图3-6 SZ05模块典型接线图.21图3-7 DS18B20封装结构.22图3-8 DS18B20内部结构图.22图

11、3-9 DS18B20寄生电源供电方式电路图.23图3-10 DS18B20寄生电源强上拉供电方式电路图.24图3-11 外部供电方式单点测温电路.24图3-12 外部供电方式的多点测温电路图.24图3-13 1650mA-hr 18650锂离子电池放电曲线.26图3-14 LTC3440转换效率与输入电压之间的关系.28图3-15 锂电池转换至3.3V的典型应用电路.28图3-16 典型振荡器频率下锂电池转换至3.3V的效率曲线.29图3-17 LTC3440电路原理图.30图3-18 LTC3531典型应用电路.31图3-19 LTC3531转换效率曲线图.31图3.20 LTC3531电

12、路原理图.31图3-21 实时时钟电路硬件原理图.32图4-1 系统的组成结构图.33图4-2 低功耗改进后的RFD模块流程.35图4-3 RFD模块接收与发送波形.36表格清单表2-1 物理层协议数据单元数据包格式.9表2-2 ZigBee与其它4种无线通信技术对比.14表3-1 SZ05功耗指标.21引 言ZigBee是一种基于IEEE802.15.4规范的无线技术。它具有在802.15.4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权的2.4GHz频段、以年计算的超低电池寿命、极大可伸缩的网络和星型网络拓扑（每个主设备可支持4万多个节点）等诸多优点。本设计采用了这种复杂度、成本和功耗都很低的

13、低速率短距离无线接入技术ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出，它能够满足小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等）的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。在ZigBee通信网络中，网络节点即RFD模块采用电池供电，因此主要需要考虑到问题就是如何做到RFD模块的低功耗设计，从而延长电池使用时间。本设计的主要意义就在于对无线测温的电池供电产品化、实用化作出有益的尝试。对无线传感器网络节点的RFD模块能量消耗情况进行了初步的分析，并对CPU、无线模块、DPM和传感器提出具体的节能措施。第1章 概述1.1 研究背景及意义1.1.1 无线传感器网络随着

14、传感器技术、无线通信技术、网络技术以及微机电系统等技术的发展，出现了由低成本、低功耗、小体积、多功能的传感器节点所组成的无线传感器网络（WSN）。它是由部署在监测区域内的微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳的自组织网络系统，目的是协作感知、采集和处理所覆盖区域里被监测对象的信息，最后发送给观察者。它涉及多学科的交叉，而且其涉及的技术很多是相关领域的一些前沿问题。目前无线传感器网络已经成为IT领域内一个非常活跃的研究方向，引起了各界的高度重视，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。随着研究的不断深入，无线传感器网络一些特有的特征逐渐呈现出来：(1)与应用直接相关无线传感器网络对于不同

15、的应用，采用不同的传感器，根据应用的具体需求，其软件、通信协议也会有所不同。不同的应用场景，所组成的无线传感器网络必然会有较大的不同，需要针对不同的应用来设计其硬件平台、协议、软件等，这样才能够满足具体应用需求。这跟其它网络如移动通信网有着巨大的不同，在设计过程中要充分考虑到其具体应用的特性，而不必像其他网络那样追求其统一性。(2)以数据为中心无线传感器网络的应用中，用户关注的是在什么地方出现了哪种情况，对于是哪些个节点探测到这种情况，而又通过何种方式进行数据融合后得到结果，用户并不关心。无线传感器网络这种特性符合实际需要，用户对感兴趣的事件向无线传感器网络进行查询时，系统只需要告诉用户事件本

16、身，而不必把具体细节告诉用户。(3)节点数量多、密度大一方面无线传感器网络节点通信距离有限，一个区域内必然要分布大量的节点来满足通信要求，另一方面为了对区域内的信息获取的更加精确、全面，不得不在区域中高密度地布置大量节点，通过高密度的大量节点所提供的信息来进行数据融合得出感兴趣的事件，同时大量的冗余节点可以提高整个系统的可靠性。(4)自组织无线传感器网络这种自组织的特性是由其应用所决定的，它的应用环境特殊，节点在布置时一般不知道其预定的位置，节点之间的关系也不太可能预知，而且节点自身有不稳定性，新节点加入网络，网络中的节点由于能量耗尽退出网络。这些情况直接要求无线传感器网络节点要有自组织的能力

17、，在布置到监控区域后不需人为干预而自动搜索邻居节点，自动配置后加入到网络中，然后向基站转发监控数据；在遇到突发的情况时要能够自动调整，重新加入到网络中。(5)动态拓扑无线传感器网络是动态的，网络中的节点可能移动，节点的工作状态也会改变，节点有可能会由于能量耗尽或工作故障而失效导致退出网络，新节点加入到网络中，节点之间的通信可能会受到环境和突出事件的影响，这些都有可能使无线传感器网络的拓扑随时改变，而且难以预测其将要发生的变化，因此网络要具有动态拓扑组织功能。(6)分布式、无中心无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有节点的地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不

18、会影响网络运行，具有较强的抗毁性。(7)多跳路由无线传感器网络中节点的通信能力有限，其覆盖范围是有限的，只能跟其覆盖范围内的邻居节点通信。当与超过其通信范围的其它节点通信时，不得不采取多跳路由。在网络中没有专门的路由设备，而是由网络中的节点来替代的。一个节点既有可能作为一个传感器节点来采集数据，也有可能作为一个中继来转发数据。多跳路由的采用不仅减低了系统对节点的要求，而且跟单路由相比在一定程度上提高了通信链路的可靠性。(8)节点资源受限无线传感器网络节点受价格、体积、功耗等的限制，它的电源、计算能力、通信能力都是有限的。网络中节点一般是由电池供电，而电池的能量有限，受特殊的使用环境决定更换电池

19、不太可行，一旦电池用完，节点也就退出了网络。(9)可靠性无线传感器网络一般应用的环境比较恶劣，而且一般是在无人值守的状态下工作，使得维护基本上不可行，这对节点的可靠性和网络的容错性、鲁棒性要求很高。节点的可靠性直接影响到无线传感器网络目标的实现，网络协议的设计会对网络整体性能的影响起到决定性作用，所以在设计的过程中要充分考虑到无线传感器网络的可靠性要求。无线传感器网络应用前景非常广泛，在军事、医疗、环境、建筑、家庭、工农业等多方面都具有不可估量的应用价值。无线传感器网络最早源于军事领域，通过向敌方阵地散布密集的传感器节点，对敌方的战场状态进行感知，然后把信息传给指挥控制系统，通过多种数据的融合

20、形成战场完整的态势图，对指挥员决策提供一定的信息支撑。通过无线传感器网络在我军阵地前沿进行监控，一旦有敌方侵入，可以及时传递预警信息，使我军不至于处于被动的地位。虽然无线传感器网络首先应用于军事方面，但在别的方面也有很大的应用前景。现代楼宇的控制方面，整栋大楼的安防系统、灯光系统、空调系统等在不断地向融合和协作方面发展，通过无线传感器网络来进行解决是一个不错的解决方案，例如在房间内布置的节点监测到房间里没人，通过向控制灯光的节点发送信号使其将该房间的灯关闭，同时空调也可以关闭，启动安防系统防止有人非法进入，不仅提高了大楼的安全性，同时对于节约能源和楼宇智能化方面起到积极的作用。然而在实际应用中

21、不得不面临一些问题，如上文（8）中所提到的传感器节点的能力受限，这使得在应用中遇到了一定的困难。无线传感器网络节点一般采用电池来供电，然而与其它网络不同，无线传感器网络布置的环境复杂、范围广泛、节点数量众多，使得通过更换电池来维持节点的工作状态很不现实。由于电池能量有限，节点在耗尽其能量后，就会退出网络，对网络的拓扑产生影响。如果该节点处于关键位置时对网络的影响就会更大，可能会直接导致网络实效。节点能量的有限性，对无线传感器网络的生命周期和功能起着决定性作用。不论从基础理论还是工程技术层面来讲，能耗问题已经成为无线传感器网络所涉及的一系列问题中的核心问题。能耗问题的研究也分多个层次，其中通过对

22、节点的管理来提高整个网络的生命周期，成为解决能耗问题的一个重要方向。本文将从这个方向出发对无线传感器网络的节能进行深入研究。1.1.2 ZigBee技术ZigBee技术是一种新型的短距离无线通信技术，物理层和MAC层（数据链路层）由IEEE802.15.4协议标准定义，网络层和安全层由ZigBee联盟来制定应用层则由用户按照其需求进行开发利用。ZigBee技术具有以下特点：(1)成本低ZigBee技术通过简单协议和低数据率合理地控制了ZigBee芯片的成本，目前ZigBee芯片的成本在3美元左右，ZigBee设备成本的最终目标是在1美元以内。(2)体积小ZigBee芯片的体积较小，Freesc

23、al 公司生产的MC13192大小尺寸为5mm*5mm，TI公司生产的CC2420大小尺寸为7mm*7mm，随着半导体技术的发展ZigBee芯片的尺寸会越来越小。(3)功耗低ZigBee设备其发射输出0-3.6dBm，通信距离为30-70m，还具有能量检测和链路质量指示能力，根据检测结果可自动调节发射功率，在保证链路质量的前提下可以最小地消耗设备能量。(4)网络容量大在星型网络中地址编码为16位短地址，可容纳最大设备为216个，在点对点网络中地址编码为64位长地址，可容纳最大设备为264个。(5)数据安全ZigBee技术采用了AES-128加密算法，对传输的数据进行了加密处理，保证了数据传输的

24、安全性。(6)工作频段灵活，传输速率低ZigBee设备可以工作在三个频段，868MHz、915MHz和2.4GHz。其中2.4GHz为全球通用的工业、科学、医学（ISM：Industrial, Scientific and Medical）频段，是免付费免申请的频段，在该频段分布16个信道数据传输率为250kbps。915MHz频段上分布10个信道，传输速率为40kbps。868MHz频段上分布1个信道，传输速率为20kbps。结合无线传感器网络对无线通信的要求，ZigBee技术非常适合应用于无线传感器网络，目前已成为很多公司对无线传感器网络的解决方案。同时ZigBee联盟已经从最初的英国In

25、vensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司，发展壮大为由100多家芯片制造商、软件开发商、系统集成商等公司和标准化组织组成的技术组织，而且还在不断地发展壮大。在2004年ZigBee技术的标准正式发布以后，很多公司推出了符合ZigBee标准的芯片和开发系统，如飞思卡尔推出了MC13192，Chipcon推出了CC2420（现在已被TI收购），现在符合ZigBee标准的芯片正不断地被开发出来，而且性价比越来越高。1.1.3 温度测量技术概述温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制中七个基本物理量之一，它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着科学技术水

26、平的不断提高，温度测量技术也得到了不断的发展。目前各种温度测量方法种类繁多，应用范围广泛，主要包括以下几种:(l)基于热胀冷缩原理的方法测温。代表传感器有双金属温度计、液体玻璃温度计和压力温度计。它们的缺点都是测量精度很低，适合对测温精度要求较低的应用场合。其中以水银式液体玻璃温度计应用最广，它的缺点是只能近距离观测，易碎，而且有毒。代替它的有填充酒精、煤油等玻璃温度计和利用金属不同的膨胀系数制成的金属片温度计。(2)基于热电效应的方法测温。热电偶测温就是基于该原理，将温度变化转换为热电势的变化。热电偶具有价格低廉、结构简单、测量范围宽、热惯性小等优点。缺点主要是单个热电偶输出信号比较微弱，一

27、般都是微伏级，所以处理电路相对复杂。而且需要冷端温度补偿装置。(3)基于热阻效应的方法测温。物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称热电阻效应，基于该原理的热电阻式检测元件可分为两大类，一类是金属热电阻，一类是半导体热敏电阻，前者相比后者而言，具有物理化学特性稳定，耐氧化性强，线性度相对较好，测温精度高，测温范围广等优点，测温范围可达-200650。因此，广泛应用于工业温度采集领域，研究热电阻测温技术极具现实意义。(4)基于热辐射原理测温。属于非接触式测温技术，即不直接与被测物体接触，而是利用物体的热辐射或辐射能量的检测进行测温。常用的方法有辐射测温法、亮度测温法、比色测温法等。这些方法具有不破

28、坏被测物体的温度分布、灵敏度高等优点，但也存在着受客观环境影响较大的缺点，如受物体发射率、中间介质的影响等。(5)利用声学原理的测量方法。近年发展起来的声学温度检测技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布在线检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制。其基本原理是通过测量声波传感器间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。(6)晶体管测温器件。半导体的电阻温度系数比金属大1一2个数量级，二极管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。由此制成的这类器件的优点是在-50100范围内有良好的特性，体积小、响应时间快、价格低。但它的缺点是一致性差、不易做到互换，而且PN结容易受外界辐射的

29、影响，稳定性难以保证。(7)光纤温度检测技术。在常规办法无法测量的场合，光纤测温得到快速发展，己开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。检测精度在士1以内，测温范围可以从02000。(8)激光温度检测技术。激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量。用氦氖激光源的激光作反射计，可测很高的温度，精度达0.01;用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。1.2 国内外研究现状及存在的问题美国在20世纪90年代就开始了对无线传感器网络的研究，最早开始研究的是美国军方。早在2001年美国陆军就

30、提出了“灵巧传感器网络通信”（SSNC）计划；同年美国国防部高级研究计划局（DARPA）和BAE系统公司联合制定了一项耗资超过4000万美元的“狼群”计划；美国国防部和各军事部门在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力，把传感器网络作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目。2003年美国国家自然基金委员会制定了传感器网络的研究计划，投入大量资金支持相关的研究。英特尔、微软、摩托罗拉等很多大公司也纷纷启动了对无线传感器网络的研究计划。国外有很多大学和研究机构对无线传感器网络进行了研究，如美国加州大学伯克利分校成功地研制了

31、运行TinyOS系统的SmartDust节点，TinyOS系统是作为无线嵌入式传感器网络设计的开源操作系统，他们还对TinyDB、TinySEC和TOSSIM进行了研究。加州大学洛杉矶分校(UCLA：University of California，Los Angeles)的CENS实验室开发了自己的无线传感器网络和网络模拟环境，UCLA的电子工程系还提出了WINS的研究项目。一些有名的项目还有，哈佛大学的Code Blue项目；MIT的NMS项目和AMPS项目；普渡大学的ESP项目和科罗拉多大学波德分校的MANTIS研究项目等。此外在欧洲的一些国家和研究机构也纷纷的加入了研究的行列。目前一些

32、主流的无线传感器网络平台包括Moteiv公司研制的Telos模块，Crossbow公司研制的Mica系列节点，Intel公司研制的iMOTE2节点还有Crossbow公司和MIT共同研制的具有自定位能力的模块Cricket。我国对无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，中科院上海微系统与信息技术研究所完成了一些系统平台的研发；中科院电子技术研究所和沈阳自动化所也分别从传感器技术和控制技术两种角度入手进行了研究；浙江大学现代控制工程研究所成立了“无线传感器网络控制实验室”；山东省科学院于2004年10月正式启动了关于无线传感器网络节点操作系统的研究；另外，中科院软件所、中科院自动化所、

33、国防科技大学、清华大学、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、北京邮电大学、山东大学、东南大学、湖南大学、复旦大学、南京大学、北京交通大学等单位也相继启动了对无线传感器网络的研究。目前国家自然科学基金、国家973计划、国家863计划和各省自然科学基金都设立了专项资金对与无线传感器网络相关的科目进行资助。然而就目前研究情况来看，缺少拥有自主知识产权；对具体某个点的研究较多，缺乏对整个系统的研究；对理论研究比较注重，缺乏对具体应用和相关实验的研究，虽然国家和地方投入了一定的财力和人力，然而跟国外的差距还是比较大，这对研究的开展起到了一定的制约作用。从目前研究成果来看，无线传感器网络面临多项技术挑战，受

34、节点能量有限并且其电池不易更换的限制，节能已成为无线传感器网络的核心问题之一。部分研究者从硬件层面来考虑节能方法，提出了一些有效的方法。由于节点的电源一般采用一次性电池供电，电池所储备电能用完后该节点就失效。为了延长节点寿命，需考虑从节点周围的环境中获取能量为节点使用，因此有文献提出了能源提取（Energy scavenging）的概念，提出几种获取能量的方式，如将光能转换成电能的光电池，将温差转换为电能的电池，利用振动、压力变化、空气/液体流动等来将周围能量转换成电能的新型电池。除电源外，节点还包括处理器、传感器和无线通信模块。其中针对处理器的节能有一些较为成熟的节能方法，如通过切换处理器工

35、作状态而节能的动态功率管理（DPM）技术，通过对处理器的工作电压和工作频率动态调整而节能的动态电压调节（DVS）技术。无线通信消耗的能量占节点消耗能量的主要部分，对无线通信模块节能成为众多研究者关注的热点。还有人提出将DVS技术应用在无线通信模块。无线通信参数可能包括调制与/或码选择，由此产生了动态调制技术（DMS）、动态码调整（DCS）和动态调制码调整（DMCS）最优化技术。通过对处理器和无线通信的能耗研究，对充分利用传感器节点的能源提供了参考。Hill等人提出，对于REM TR100无线通信模块而言，通信耗能与计算耗能之比约为190。也就是说，在100m的网络上传输1KB数据与处理3百万条

36、指令消耗大致相等的能量。通过对单个节点的管理势必会对整个网络产生影响，包括引起网络拓扑、消息冲突碰撞概率、网络覆盖率以及连通度的变化等。因此，对节点节能技术的研究不仅考虑节点本身的节能效果，而且要把整个网络的性能和能耗进行综合考虑。除上段所述的节点通过能源提取和控制硬件的运行参数来延长生命周期之外，与节点相关节能技术的研究内容还包括，节点休眠/唤醒调度机制中保证网络覆盖率的各种算法；节点功率管理中的网络连通性控制算法。其中节点休眠/唤醒调度机制分两类，一类是确定性休眠，另一类是随机休眠。节点功率管理方面，Ad-hoc网络中有基于定向天线的功率管理算法、基于CDMA的功率管理算法。然而传统的功率

37、管理算法中对传感器节点能耗平衡所造成的部分节点过早失效的问题还考虑不够。为此，有人提出了基于二分法的功率控制算法，有效解决了邻近汇聚节点过早失效的问题。为了最小化发射功率，有人利用临近图的原理，设计了一种功率管理算法。除通过节点管理和低功耗设计来达到延长网络生命周期目的外，另一个主要的研究方向就是相关的节能协议的研究。这部分内容在后面章节对相关节能技术分层介绍时，进行了概述。第2章 ZigBee技术2.1 ZigBee协议简介ZigBee技术采用分层结构，每一层完成规定的任务，并为上层提供服务，下层通过预先定义的接口为上层服务。在ZigBee技术中，物理层（PHY）和MAC层是由IEEE802

38、.15.4协议标准来定义的。物理层提供两种数据类型的服务，通过物理层数据服务接入点（PD-SAP）为物理层提供数据服务，通过物理层管理实体服务的接入点（PLME-SAP）为物理层提供管理服务。MAC层同样提供两种数据类型的服务，通过MAC层数据实体服务接入点（MLDE-SAP）为MAC层提供数据服务，通过MAC层管理实体服务接入点（MLME-SAP）为MAC层提供管理服务。物理层和MAC层之间有一个通过PD-SAP和PLME-SAP来实现的接口。网络层和安全层主要用于ZigBee低速率的无线个人区域网（LR-WPAN）的组网连接、数据管理以及网络安全等。应用层（APL）由应用支持层（APS）、设备对象（ZDO）（包括ZDO管理平台，ZDO Management Plane）以及自己定义的应用对象组成，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便ZigBee技术的开发利用。图2-1 ZigBee协议架构框图ZigBee网络中有三种类型节点：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和