- 174 -Zigbee 框架体系结构及组网技术的研究及应用单洪伟，费琳琳（日照职业技术学院 山东 日照 276800）在过去的几年里，随着信息技术的发展，计算机、网络已经成为人们日常生活的一部分。
相对于有线和远距离无线传输的不方便和昂贵资费，人们提出在自身周边几米或者几十米范围之内短距离通信的需求，需求推动科技发展。
于是出现了无线个人区域网络（Wireless Personal Area Network, WPAN）的概念。
WPAN 网络为短距离范围内的网络设备建立无线连接，把几米或者几十米范围内的多个网络设备通过无线的方式连接在一起，使它们可以相互通信甚至可以通过某个设备接入局域网（LAN）或Internet。
短距离、无线通讯技术一时风起云涌，成为信息通讯技术研究和发展的热点。
各种新的无线通讯技术层出不穷，无线局域网络日渐走入人们的生活。
Wi-Fi、蓝牙（Blue Tooth）、WLAN，Zigbee，红外线等无线技术相继出现，也逐渐为人们所熟知。
无可否认，各种无线技术在市场化的过程中展现了具大的应用潜力，但于此同时，各种无线链接方式的优缺点也都饱受诟病。
就像Wi-Fi 的穿透性、距离；蓝牙的传输速度、红外线的无障碍、直线要求。
就现在移动公司大力推广的、如日中天的WLAN 来说，区域范围小和基础布置的高费用也一直困扰着管理者收稿日期：2014–03–03 稿件编号：201403025基金项目： 山东省科技厅2013科学技术发展计划(政策引导类)项目(2013YD01023)作者简介： 单洪伟(1978—)，男，山东莒县人，硕士，讲师。
研究方向：网络技术。
摘要：基于Zigbee 网络的分层网络框架体系结构和以IEEE 802.15.4为基础的协议栈架构，采用理论介绍和实验验证相结合的方法，首先对Zigbee 网络框架结构体系进行了介绍，接着通过无线控制开关与照明设备间的无线连接方式和路由选择实验，来验证Zigbee 网络的自主搜索、自主组网的技术特点，最后得出Zigbee 作为一种新型的无线网络形式，在无线物联传感方面有巨大的优势，必将在无线传感网络中获得更广泛的应用。
关键词：物联网；IEEE802.15.4协议；网络自愈；数据采集中图分类号：TN 919.3+4 文献标识码：A 文章编号：1674-6236(2014)11-0174-031 Zigbee 的框架体系结构Research and application of Zigbee framework architecture and networking technologySHAN Hong-wei, FEI Lin-lin（Rizhao Polytechnic , Rizhao 276800, China ）Abstract: Based on the hierarchical network structure of Zigbee network and IEEE802.15.4 based protocol stack architecture, adopt theory introduction and experimental verification to look at and appraise union method. First, the Zigbee network frame structure was introduced. Then, through the wireless connection between the wireless control switch and lighting devices and routing experiment, to verify the Zigbee network of independent searching and independent networking technology features. Conclusion that Zigbee as a new type of wireless network, there are great advantage in terms of wireless sensing of Things. It will certainly get a wider range of applications in wireless sensor networks.Key words: The Internet of things; IEEE802.15.4 protocol; network self-healing; data acquisition和使用者。
各种无线网络要求都在努力追寻适合自己的无线网络传输方式。
伴随着物联中国（IOT China）概念的提出，物联网（The Internet of Things）作为一个全新的概念出现在人们的视野中，物联网所提倡的自动感应、识别技术得到了人们的广泛关注，无线通讯技术和传感器技术获得了飞速发展，无线传感器网络在工业生产、军事探测、智能家居、医疗保健、教育科研中有了更广泛的应用[1]。
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求也越来越强烈。
低速率、低功耗、可嵌入、网络自愈力强的无线要求使得在无线网络传播中一直默默无闻的Zigbee 异军突起，成为作为无线传感器网络的主要支撑技术[2]。
Zigbee 是由英文单词“zig”和“bee”组成的，zig 的意思为Z 型的转向，bee 为蜜蜂，合起来表示蜜蜂的8字形舞蹈。
众所周知，蜜蜂在发现花粉后会通过一种特殊的飞行动作语言来告知同伴新发现的花粉的位置信息，这种肢体语言就是Zigbee 舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。
人们用电子设计工程第 11 期第22卷Vol.22No.11Electronic Design EngineeringJun. 20142014年6月- 175 -Zigbee 来命名这种无线通讯方式，也是因为Zigbee 也有蜜蜂8字舞一样近距离、低复杂度、自组织的特点[3]。
Zigbee 采用了OSI 模型体系结构，由称之为层的各个模块(实体）组成，不同的模块（实体）负责不同的功能，每一层为其上一层提供数据整合和传输服务。
每个服务模块通过相应的服务接入点SAP（Service Access Point，SAP）为其上层提供数据服务接口，每个服务接入点SAP 通过服务原语来完成所对应的功能[4]。
通常将Zigbee 的协议栈结构分为六层结构，如图1所示：1) IEEE802.15.4协议Zigbee 采用了OSI 的分层结构，其实也可以说是TCP/IP 协议的分层结构，因为它只采用了下面两层，物理层（Physical Layer，PHY）和数据链路层（Data Link Layer，DLL）。
又将数据链路层分成了两个子层：媒体接入层（Media Access Control，MAC）和链路层（Logical Link Control，LLC）。
这两层的协议标准由IEEE802.15.4协议工作小组制定，这也是许多文献说Zigbee 采用IEEE802.15.4协议的原因。
①物理层物理层是协议的最底层，承担着和外界进行信息交换的任务，并控制RF 收发器工作，还定义了物理层和MAC 子层之间的接口。
②MAC 子层MAC 子层负责处理所有的物理无线信道访问，保证MAC 协议数据单元在物理层数据服务中正确收发，并产生网络定位信号，所以MAC 在日常中也被人们称为的网卡地址。
另外，MAC 还支持个人局域网PAN（Personal Area Network, PAN）连接和退出，并为新加入的PAN 提供MAC 数据接入链接。
LLC 子层为网络层提供数据接口[4]。
2) Zigbee Alliance 标准Zigbee Alliance 在IEEE802.15.4协议的基础上对网络层进行了标注化，并在网络层的基础上开发了安全层。
①网络层网络层是Zigbee 协议栈的核心部分，Zigbee Alliance 的大部分工作也都体现在网络层，网络层主要实现网络节点加入或离开，路由查找及传送数据等功能。
Zigbee的自动组网和网络自愈功能也主要体现在网络层。
图1 Zigbee 协议栈结构图Fig. 1 Structure diagram of Zigbee protocol stack当一个网络节点加入或者退出时，Zigbee 可以自动重新计算网络，选择最合适的网络传输线路。
如图：a）Zigbee 可以自动搜索和感知临近的网络，形成交互网络。
台灯与无线开关之间形成网路。
b）需要信息传递时，自动搜寻最合适的网络。
台顶与开关交互式，自动监测，通过粗的红色线路形成数据交互链路。
c）当其中某个或多个节点关闭时，Zigbee 自动重新链接网络，重新定义线路。
当图中3个蓝色节点关闭后，台灯与无线开关重新定义并链接。
如图4所示：②安全层安全层（Security Service Provider，SSP）是Zigbee 独立开发出来进行信息安全验证的功能模块，在OSI 和TCP/IP 模型中都没有体现。
它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。
③应用程序接口应用程序接口（Application Interface，API）负责向用户提供简单的应用软件接口，包括应用子层支持（Application图2 自动组网示意图Fig. 2Automatic network diagram图3 自主选择路由线路图Fig. 3Choose the route diagram图4 网络自愈示意图Fig. 4 Network self-healing diagram 单洪伟，等 Zigbee 框架体系结构及组网技术的研究及应用- 176 -Sub-layger Support，APS）和Zigbee 设备对象（Zigbee Device Object，ZDO）等，实现应用层对设备的管理。
应用子层支持（Application Sub-layger Support，APS）提供网络层与应用层之间的链接界面，维持两个层面之间的链接表，并在链接之间传递信息，并维持建立着一个ASP 资讯库。
Zigbee 设备对象（Zigbee Device Object，ZDO）的功能包括起始应用支持层次，网络层以及安全服务等，并负责建立上层应用所需要的各种资讯，发出或回应上次应用的链接要求，发现同一个网络上的装置与应用服务、以及为网络装置之间建立安全关系等。
Zigbee 的组网一般来说就是指以Zigbee 为主要无线传播技术的无线局域网络搭建。