當今世界通信技術(shù)迅猛發(fā)展，ZigBee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率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)的發(fā)展。
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的應(yīng)用于無線監(jiān)測與控制應(yīng)用的全球性無線通信標準，強調(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)療護理、智能農(nóng)業(yè)、消費類電子和遠程控制等領(lǐng)域。
并且，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。目前在藍牙技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用系統(tǒng)費用高，功耗高，供電電池壽命短，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。
相對于其他無線通信標準，ZigBee協(xié)議棧顯得更為緊湊和簡單。如圖1所示，ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)由底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層3部分組成。
1、ZigBee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)備都必須包括底層模塊。它主要由射頻RF(Radio-Frequency)、ZigBee無線RF收發(fā)器和底層控制模塊組成。
ZigBee標準協(xié)議定義了兩個物理層(PHY)標準，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頻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，鏈路質(zhì)量指示和空閑信道評估。
信道能量檢測：為ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層提供信道選擇依據(jù)。它主要測量目標信道中接收信號的功率強度，由于這個檢測本身不需要進行解碼操作，所以檢測結(jié)果是有效信號功率和噪聲信號功率之和。
鏈路質(zhì)量指示：為ZigBee協(xié)議MAC層或者應(yīng)用層提供接收數(shù)據(jù)幀時無線信號的強度和質(zhì)量信息。與信道能量檢測不同的是，它要對信號進行解碼，生成一個信噪比指標。這個信噪比指標和物理層數(shù)據(jù)單元一起提交給上層處理。
空閑信道評估：判斷信道是否空閑。ZigBee協(xié)議標準定義了3種空閑信道評估模式：第一種是判斷信道的信號能量，若信號能量低于某一個門限量，則認為信道空閑；第二種是判斷無線信道的特征，這個特征主要包括兩方面，即擴頻信號和載波頻率；第三種模式是前兩種模式的綜合，同時檢測信號強度和信號特征，給出信道空閑判斷。
2、ZigBee中間協(xié)議層
ZigBee協(xié)議中間協(xié)議層由IEEE 802.15.4 MAC子層、IEEE 802.15.4鏈路控制(LLC，Logical Link Contro1)子層、網(wǎng)絡(luò)層NWK以及通過業(yè)務(wù)相關(guān)聚合子層SSCS(Service Specific Convergence Sublayer)協(xié)議承載的IEEE 802.2 LLC子層(選用協(xié)議層)組成。
ZigBee協(xié)議MAC子層：使用物理層提供的服務(wù)實現(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)；后者維護一個存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。
ZigBee協(xié)議NWK層：負責建立和維護網(wǎng)絡(luò)連接。它獨立處理傳人數(shù)據(jù)請求、關(guān)聯(lián)、解除關(guān)聯(lián)和孤立通知請求。
ZigBee協(xié)議SSCS和IEEE 802.2 LLC：只是ZigBee標準協(xié)議中可能的上層協(xié)議.并不在IEEE 802.15.4標準的定義范圍之內(nèi)。SSCS為IEEE802.15.4的MAC層接入IEEE802.2標準中定義的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IEEE802.15.4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5部分：應(yīng)用支持(APS)子層、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)子層、ZigBee設(shè)備配置(ZDC)子層、應(yīng)用層(APL)和用戶應(yīng)用程序組成。
APS子層：主要提供ZigBee端點接口。應(yīng)用程序?qū)⑹褂迷搶哟蜷_或關(guān)閉一個或多個端點，并且獲取或發(fā)送數(shù)據(jù)。
ZDO子層：通過打開和處理目標端點接口來響應(yīng)接收和處理遠程設(shè)備的不同請求。與其他的端點接口不同，目標端點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。
ZDC子層：提供標準的ZigBee配置服務(wù)，定義和處理描述符請求。遠程設(shè)備可以通過ZDO子層請求任何標準的描述符信息。當接收到這些請求時，ZDO會調(diào)用配置對象以獲取相應(yīng)的描述符值。
APL層：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管理協(xié)議棧功能。
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，該層還提供了面向儀器控制、信息電器和通信設(shè)備的嵌入式API.從而可以更廣泛地實現(xiàn)設(shè)備與用戶的應(yīng)用軟件間的交互。
