ZigBee技术简述及与Wifi的比较

昨天论文的外审刚过，要准备答辩了，才发现文章虽然写好了，但过程有些仓促，代码凌乱，正好借此机会，边写日志，边做PPT，好好总结一下。码农嘛，必须在实践与总结中成长。下现会分专题的对论文进行总结。

对ZigBee的研究主要使用两种手段：物理测量与NS2模拟。物理测试用的是Digi公司的XBee设备及win下的客户端，测量了一下信号强度、时延与吞吐，在静态环境下，结果还是不错，动态下（两设备在运动过程中的数据）没测，主要是条件限制，个人想法是这个主要是测量两设备在相对速度下的丢包率，会随着速度的提高而上升，如同蜂网络那样。当然这只是我的猜想，本人对硬件所知不多，如果有高手偶然看到这篇文章，还请不吝赐教。

NS2模拟主要用的是一位韩国人（三星）在2002年的TCL脚本，截止到2010年底，我在国内（internet和cnki）找到的相关研究都是基于此的（悲哀啊），他的代码已经是NS2代码库的一部分了。个人在做完了一些模拟之后，得出：ZigBee为了节能，使用了更为简单的路由算法----clusterTree与AODV-jr，设计巧妙，完美地兼容了节能与扩展性，但相比WIFI，对于动态网络不太适合。

1 ZigBee简介

目前，工业上用于无线移动传感网络的两种主流的接入技术：IEEE802.11b技术与IEEE802.15.4的ZigBee技术，本节将比较这两种技术。

Zigbee是一种低成本、低功率、低速率的适用于短距离无线通信的新技术，可以嵌入到各种电子设备之中，支持地理定位功能，该技术主要针对低速率的通信网络而设计。ZigBee协议栈是基于IEEE802.15.4协议而制定的，IEEE802.15.4标准定义了Zigbee的物理层、MAC层与数据链路层，ZigBee联盟在此基础上定义了网络层与应用层，如图1所示。



图1 ZigBee协议栈

ZigBee网络有三种类型的节点：协调器、路由节点与终端节点。协调器在网络中负责发起和维护网络的正常工作；路由节点有转发数据报文的功能；终端节点比较简单，没有转发功能，只可以收发数据。而在一个实际的Zigbee网络中，只支持两种无线设备：全功能设备与精简功能设备，FFD可以提供全部的IEEE802.15.4协议服务，不仅可以收发数据，还具有路由功能；而RFD只能充当终端节点，负责采集数据，然后发给协调点或路由节点进行处理。这三种类型的节点可以使ZigBee支持三种网络拓扑结构：星形结构、树状结构与网状结构(图2)。其中，星形网络是一种发散式的网络拓扑，以协调器为中心，负责建立网络与转发数据，这种拓扑虽然比较简单，但网络结构单一，缺乏灵活性，协调器容易成为网络的传输瓶颈；树状结构是对星形网络的扩展，使组网络方式更加灵活，使网络具有更大的覆盖范围，但这种结构仍然是比较固定的，关键节点的损坏会严重影响网络的性能；网状结构最复杂，可以为网络中任意两节点提供多条路由，因此网络的可靠性大为提高，缺点是随着网络规模的扩大，路由的开销也随之加大，网络的时延比较严重。



图2 ZigBee的网络拓扑结构

2 与wifi的比较

由于面向的应用不同，不同的无线接入技术的底层特性区别较大，本节对ZigBee及IEEE802.11b这两种接入的底层参数进行比较，从中选择出适合多自主车网络的技术，比较结果如下表所示：

	ZigBee	IEEE802.11b
单点覆盖距离	50-300m	100~300m
传输速度	250Kbps	11Mbps
编程难度	高	低
硬件复杂性	简单	复杂
频段	868MHz~2.4GHz	2.4GHz
成本	低	高
电池寿命	数年	数小时
网络节点数	65000	50