电力百科：zigbee技术知识分析篇

模式)。MAC层的AES加密算法可以保护MAC命令、信标、信息帧和应答帧的秘密性、完整性和真实性。MAC帧的头部有一个比特用来指示MAC帧是否加密。每一个密钥只与一个安全套件相关联。为了保证数据完整性，MAC层计算头部和净荷数据得到一个消息完整码(MIC，Message Integrity Code)，其长度为4、8或

16字节。同时，在每个MAC帧头也都有一个帧编号，用于防止帧丢失和帧重传。密钥的建立、安全操作模式的选择和对处理过程的控制则由高层来负责。

NWK层也使用AES，它的安全套件是基于CCM*操作模式。CCM*包括所有CCM的功能，同时提供只加密和只保证完整性的功能。使用CCM*允许单个密钥用于不同的安全套件。因此一个密钥并不只属于单个安全套件，一个高层应用可以灵活地指定NWK所用的安全套件。NWK层负责安全处理，但对处理过程的控制则由高层通过建立密钥和决定使用哪一种CCM*安全套件来实现。此外，帧序号和MIC也可以加在NWK帧中。

蓝牙协议在基带部分定义了设备鉴权和链路数据流加密所需要的安全算法和处理过程。设备的鉴权是强制性的，所有的蓝牙设备均支持鉴权过程，而链路的加密则是可选择的。蓝牙设备的鉴权过程是基于问询一响应模式和共享的加密方式。为了使蓝牙链路的数据流具有隐蔽性，可以使用1比特的流密码对链路进行加密。密钥大小随着每个基带分组数据单元(BB—PDU)传输而改变。加密密钥可以从对设备鉴权中得到。这意味着，在使用链路加密之前，两个设备之间至少已经进行了一次鉴权。密钥的最大长度为128比特。

从以上分析可以看出，ZigBee和蓝牙在一定程度上都能够保证安全性。但ZigBee比蓝牙更为灵活，这更有利于控制系统成本。

3、ZigBee和Z-Wave的区别与未来

ZigBee和Z-Wave短距离无线技术都用于远程监控和控制，但两种技术的规格和应用却不同。在美国应用越来越广泛的家庭局域网(home-area network, HAN)中，两种技术都是理想选择。本文将对比这两种广泛使用的无线技术(见表格)。

Z-Wave

Zensys在2008年被Sigma Designs收购之前开发了Z-Wave私有无线标准。Sigma Designs的产品是IC和电力线通信(PLC)和无线相关设备。Z-Wave标准不像很多无线标准那样开放，但Zensys、Sigma Design的客户都可以使用。最近，国际电信联盟(ITU)把Z-Wave PHY和MAC层作为其新标准G.9959的选择，该标准为1GHz一下的窄带无线设备提供了一套指南。

Z-Wave无线网状网络技术让任何节点都能直接或间接地和通信范围内的其它临近节点通信。如果两个不在通信范围内的节点想要通信，则可以通过连接另外一个节点获取或交换信息。Z-Wave网络最多支持232个节点，还支持设置多个控制器，以区分开所需的各种功能。

Z-Wave使用Part 15免费ISM频带，运行在美国和加拿大的908.42MHz频率上，在其他国家则根据各国规定使用其他不同频率。调制方式是高斯移频键控(FSK)。数据速率包括9600 bits/s和40kbits/s.输出功率为1mW和0 dBm.和其他无线技术类似，传输范围取决于环境。在开阔空间中，最大范围可达30米。穿墙的话范围会有一定减小。

Sigma Designs的ZM3102模块专为和其它产品集成而设计，用于监控和控制。除了无线收发器外，还包括板载一块CPU,以及内置的23kbytes闪存和2kbytes的SRAM,另外还支持有四个模拟输入的12位ADC.接口包括GPIO、SPI、UART和脉冲宽带调制(PWM)，也提供Triac控制器。模块电压范围为2.1V到3.6V直流，功耗非常低。典型的转发周期仅为0.1%,也就是说大多数时候设备处于休眠模式。

ZigBee和Z-Wave的目标应用一致。其中ZigBee的通用性远超Z-Wave,几乎可以配置并实现任何短距离无线功能，应用规范也可以大大缩短普通应用的开发时间。另一方面，ZigBee的协议更复杂，开发时间也更长。Z-Wave采用更简单的协议，开发更快也更简单。

Z-Wave芯片只能通过Sigma Designs这一唯一来源获取。Sigma Designs只卖给OEM、ODM和其它主要客户。在Home Depot和Lowes这样的商店里，可以买到500多种家庭控制产品，但很多并没有说明使用了Z-Wave.

ZigBee芯片厂商包括Ember、飞思卡尔、Microchip和德州仪器。完善且立即可用的ZigBee模块也可以通过多个来源获得，包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM.

在0 dBm的特定功率下，Z-Wave的范围比ZigBee更大，这是因为Z-Wave运行在更低的频率下(根据Friis公式)。这也意味着Z-Wave在某些应用中连接也更稳定。

ZigBee使用应用广泛的2.4GHz ISM频段，因此必须与Wi-Fi、蓝牙和其它无线标准共享频段，会产生干扰。大多数ZigBee设备都有有助于缓解干扰的共存功能，但潜在的2.4GHz干扰比Z-Wave所处的908.42MHz通道更大。

四、ZigBee的技术应用-智能家居篇

基于ZigBee技术的智能家居系统的设计方案

本文介绍一种基于ZigBee 技术的网络化智能家居系统的设计和实现方案。系统硬件上以S3C2440A 为控制核心，利用CC2430 组建家庭内部网络来采集家庭设备的数字信号， 用USB camera 采集家庭内部的视频信号。软件上利用嵌入式Web服务器和CGI 技术实现家庭内网和Internet 相连，达到远程监控的目的。通过实际测试证明系统功能强大，运行稳定，满足了家庭信息网络化的要求。本系统选用S3C2440A 作为核心控制器， 它是Samsung 公司推出的一款基于ARM920T 核的处理器， 采用了16/32 位RISC 处理器， 具有外部存储器控制器，LCD 控制器，4 通道DMA控制器，三通道UART，两通道SPI，两路全速USB 主设备芯片，带有MMU 虚拟存储器单元，这一特性可以移植linux 系统和建立Web 服务器，主频400MHz，有130 个I/O 端口和24 路外部中断源，有多种通信接口，体积小，功耗和成本低，可靠性高，特别适合作为嵌入式微处理器。

ZigBee 协调器和设备节点程序

ZigBee 家庭无线网络主要负责对现场各种信息的监控以及数据的采集， 并将内部处理过的数据经家庭网关传送到外部网络。本系统中ZigBee 协调器主要用于建立无线网络，分配地址，向终端节点发送控制命令和接收终端节点的工作状态，并将接收到的状态数据全部上传至Web 服务器， 最后通过Internet传送到远端的用户端。终端设备节点主要有加入网络，接收控制命令，以及发送状态信息给协调器等。协调器主程序流程如图2所示。

基于ZigBee技术的无线智能照明系统

基于ZigBee的智能照明系统的实现

ZigBee是一种在无线个人网络领域中新兴的无线网络技术。电子与电气工程师协会IEEE于2000年底成立了802.15.4工作组，规定了ZigBee的物理层和媒体接入控制层。2001年8月成立了 ZigBee联盟，负责ZigBee规范的制定和应用推广工作，2004年12月推出ZigBee规范的正式版本ZigBee SpecificationV1.0。目前，ZigBee标准在ZigBee联盟的推动下正日趋增强和完善，其实际工程应用正日益普及。世界各大半导体巨头TI，FreeScale和Ember等各自推出了符合ZigBee标准的芯片及协议栈。其中，TI公司的CC2430加Z-Stack协议栈是业内公认的最佳解决方案。本文的无线智能照明系统就是在这个平台上实现的。

硬件设计

无线智能照明系统的网络节点分为协调器、路由器和终端节点三种。其中，协调器的硬件结构框图如图1所示。