1 导言
ZigBee 作为将对21 世纪发生巨大影响的新技能之一，与传统网络比较，无线传感器网络是一种以数据为中心的自组织无线网络，具有可快速暂时组网、网络拓扑结构可动态改变、抗毁性强、无需架起网络基础设施等特色。根据这些特色，ZigBee 被广泛运用于军事、环境监测、智能家居、建筑物状况监控、杂乱机械监控、城市交通、空间探究，以及机场、大型工业园区的安全检测等范畴。环境监测是无线传感器网络运用的一个方面，传感器网络在环境监测范畴具有十分显着的优势，可以为完结愈加精确、数据量更大、对环境影响更小的环境监测供应一个全新的手法。
ZigBee 技能以其低本钱、低功耗、网络容量大、传输时延短和牢靠性高级特色，在环境监测、智能家居、楼宇自动化、工业操控等范畴得到广泛运用。
2 ZigBee技能特色及其网络结构
（1）ZigBee的技能特色
●低功耗：因为ZigBee 的传输速率低，发射功率仅为1mW，并且选用了休眠形式，功耗低，因而ZigBee 设备十分省电。据预算，ZigBee 设备仅靠两节5 号电池就能够保持长达2 年左右的运用时刻，这是其它无线设备望尘莫及的。
●本钱低：ZigBee 模块的初始本钱在6 美元左右，估量很快就能降到1.5~2.5 美元，并且ZigBee 协议是免专利费的。低本钱关于ZigBee也是一个要害的要素。
●时延短：通讯时延和从休眠状况激活的时延都十分短，典型的查找设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因而，ZigBee 技能适用于对时延要求严苛的无线操控(如工业操控场合等)运用。
●网络容量大：一个星型结构的ZigBee 网络最多能够包容254 个从设备和一个主设备，并且网络组成灵敏。
●牢靠：采取了磕碰防止战略(CSMA-CA)，一起为需求固定带宽的通讯事务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞赛和抵触。MAC层选用了彻底承认的数据传输形式，每个发送的数据包都有必要等候接纳方的承认信息。假如传输过程中出现问题能够进行重发。
●安全：ZigBee 供应了根据循环冗余校验(CRC)的数据包完整性查看功用，支撑鉴权和认证，选用了AES-128 的加密算法，各个运用能够灵敏承认其安全特点。
（2）ZigBee网络中的设备和网络拓扑结构
按设备的功用强弱划分为全功用设备(FFD)和精简功用设备(RFD)。
●全功用设备有更多的存储器、核算才能，具有悉数802.15.4 功用和一切特性。有操控器的功用，可供应信息双向传输。
●精简功用设备仅顺便有限的功用来操控本钱和杂乱性，只作为终端设备运用，运用小内存、小协议栈，完结简略。
按设备在网络中的效果划分为Zig-Bee 和谐器、ZigBee 路由器和ZigBee 终端设备。
●ZigBee 和谐器处于网络顶层，它总是处于作业状况，有安稳牢靠的电源供应。包含一切的网络信息，是3 种设备中最杂乱的一种，存储容量大、核算才能强。能发送网络信标、树立一个网络、办理网络节点、存储网络节点信息等。它们只能由FFD承当。
●ZigBee 路由器有必要具有数据的存储和转发才能及路由发现才能。除完结运用使命外，还有必要支撑其子设备的衔接、路由表的保护等。它们只能由FFD承当。
●ZigBee 终端设备结构和功用最简略，用电池供电，大部分时刻处于睡觉状况，最大程度地节省电能，延伸电池寿数。能够由FFD 承当，但首要仍是由RFD承当。
IEEE 802.15.4/ZigBee 协议中清晰认义了3 种拓扑结构，即星型结构(Star)、簇树结构(ClusterTree)和网状结构(Mesh)，具体参见图1。
图1 几种根本的网络模型
在星状拓扑中，网络由一个和谐器操控。和谐器要担任初始化并保护网络以及网络中的一切其他设备，这些设备均作为终端设备直接与和谐器通讯。在Mesh 或簇树网络中，和谐器担任发动网络并设置某些要害参数，可是网络能够经过路由器进行扩展。在簇树网络中，路由器选用分级路由战略传送数据和操控信息。树状网络一般运用根据信标的通讯形式。Mesh网络答应彻底的点对点通讯，在Mesh 网络中路由器不会发送惯例IEEE802.15.4 信标。
3 ZigBee射频测验首要内容及剖析
ZigBee 的测验规范首要根据IEEE 802.15.4 规范对整机功能进行测验。整机功能测验包含发射机和接纳机功能测验。发射机射频的首要需求分为两部分：确保有用信道中发射信号的质量和防止来自于无用发射的频率重量。接纳机应具有对立大规划搅扰信号的才能，然后确保有用信号牢靠解调，并防止传输的过度灵敏。下面具体介绍ZigBee的发射测验和接纳测验。
（1）发射机测验
发射机测验原理：剖析发射机发射信号，首要要用一个抱负的接纳机把发射信号变成数字的基带信号。然后在数字中进行信号处理，得出相应的方针。实践测验时，一般使用高功能的频谱仪或信号剖析仪作为抱负的接纳机。经过抱负接纳机并AD转化后得到IO数据，对这些数据进行一系列的脉冲成形滤波、内插、抽取就会得到初始的丈量信号，然后还需求对丈量信号进行起伏、相位和频率，以及时刻的批改以得到批改丈量信号，然后对丈量信号进行解扰、解扩、解调、再调制、再扩频、再加扰，经过成形滤波器就得到了参阅信号，终究经过批改丈量信号和参阅信号的比较核算就得到了信道内丈量的各个方针。
关于发射机，在发射机测验方针里首要包含如下测验项目：
●发射机信号输出功率
发射机发射功率应不搅扰其他设备和体系，因而ZigBee 的输出功率必定要满意方针要求。不同区域的最大发射功率在相应的频段上是不同的，在我国最大发射功率为10mW（EIRP）。
●功率升降
●频谱发射模板
关于无线数据通讯ZigBee 来说，发射机的频谱发射模板及杂散发射特性直接影响其对现存的无线电事务形成搅扰。发射机频谱功率应低于规则的限值，在我国频谱功率模板限值如表1 所示。关于相对限值和肯定限值，平均功率谱均值的丈量均选用100kHz 的分辨率带宽。关于相对限值参阅功率为中心频率fc±600kHz最高的平均功率谱密度。
表1 最大发射功率状况发射杂散
●发射杂散
发射机杂散辐射是因为非希望的发射机现象引起的（例如谐波辐射、寄生辐射、互调产品），可是不包含带外辐射。杂散辐射限值仅限于从信道边际开端核算，大于有用带宽2.5 倍的频率规划。为了改进丈量精度、灵敏度和功率，分辨率带宽能够小于丈量带宽。
●中心频率容限
发射中心频率容忍度应在频率最大值的±40ppm规划内。
●星座图差错
●差错矢量起伏（EVM）
EVM指的是差错向量（包含起伏和相位的失量），表征在一个给定时刻抱负无差错基准信号（物理层规范参阅信号）与实践发射信号的向量差（见图2）。从EVM参数中，咱们能够了解到一个输出信号的起伏差错和相位差错。
图2 差错矢量核算
图2 差错矢量核算EVM是衡量一个RF 体系全体调制质量的方针，界说为信号星座图上丈量信号与抱负信号之间的差错，用来表明发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。发射机调制的精确度决定于EVM 的丈量。当丈量1000 码片时发射机的EVM应小于35%。接纳到的实践发送信号应在接纳体系康复后的基带IQ码片上丈量。
（2）接纳机测验
接纳机测验原理：接纳机测验意图是为了评价无线数据通讯接纳部分全体功能是否契合规划和检验要求。一般情况下测验端口坐落射频输入端口，选用规范信号源发生射频测验信号，馈入接纳机，然后对输出码流进行测验以对接纳机功能进行评价。
在接纳机测验方针里首要包含如下测验项目：
●符号过错容限
在我国选用780MHz 频段O-QPSK/MPSK 调制的物理层符号速率应为62.5ksymbol/s，此刻符号精度为± 40ppm。
●接纳机灵敏度
接纳机灵敏度是指满意必定的接纳包过错率的情况下，接纳机的最小输入功率。在满意表2 条件下设备具有到达-85dBm或更好的灵敏度。
表2 接纳机要求
●最大输入电平
接纳机的最大输入电平是接纳机希望信号在接纳机输入端，满意表2 要求的最大输入功率。接纳机的最大输入电平应大于等于-20dBm。
●接纳机堵塞
堵塞特性指的是在希望信道之外存在搅扰信号的情况下，搅扰信号使接纳有用信号质量下降起伏不超越接纳机PER限值，即PEB<1%。其间，相邻信道为所需信道恣意一边最近的信道，备用信道为相邻信道的下一信道。
相邻信道抗搅扰应按如下办法丈量：所需信道应按界说的780MHz O-QPSK/MPSK PHY 信号装备，信号功率应设为比测得的最大答应的接纳机灵敏度大3dB。
●能量检测
信道能量检测为网络层供应信道挑选根据。首要丈量方针信道中接纳信号的功率强度，因为这个检测自身不进行解码操作，所以检测结果是有用信号功率和噪声信号功率之和。
●链路质量指示（LQI）
链路质量指示为网络层或运用层供应接纳数据帧时无线信号的强度和质量信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成的是一个信噪比方针。这个信噪比方针和物理层数据单元一并提交给上层处理。LQI 丈量是描绘接纳数据包的质量。其丈量可能会用到承受机ED、信噪比估量，或许两者的结合。
●闲暇信道估量（CCA）
物理层应供应以下办法中至少一种来表现闲暇信道估量CCA的才能。判别信道的信号能量，若信号能量低于某一个门定量，则以为信道闲暇；判别无线信道的特征，这个特征首要包含两方面，即扩频信号和载波频率；归纳前两种形式，一起检测信号强度和信号特征，给出信道闲暇判别。
●CCA丈量参数
——ED 门槛为对应于接纳信号功率至少大于接纳机灵敏度+10dB。
——CCA 的检测时刻应为8 符号周期。
4 ZigBee 射频参阅测验计划
ZigBee 终端的射频测验体系由无线测验仪、频谱仪和信号发生器组成硬件渠道，在此基础上选用GPIB或LAN口进行体系操控，在主控核算机上开发测验软件，终究完结全自动测验。
●无线测验仪：支撑ZigBee 信令形式，支撑IEEE802.15.4 规则的物理层特性的ZigBee信号。
●矢量信号源：支撑IEEE 802.15.4 规则的物理层特性的ZigBee信号。
●频谱剖析仪：支撑ZigBee 终端频谱测验和杂散测验，带宽要到达30MHz～12.75GHz。
发射机测验原理图如图3 所示，ZigBee 发射信号进入矢量信号剖析仪，丈量各个发射机方针。
图3 发射机测验原理图
一般接纳机测验原理图如图4 所示，矢量信号发生器发生规范ZigBee 信号传送给ZigBee 组件接纳机，ZigBee 发生ACKFrame 承认承受。矢量信号剖析仪剖析ACK是否契合规范。
图4 接纳机原理测验图
接纳机堵塞原理图如图5 所示，矢量信号发生器1发生首要信号，矢量信号发生器2 发生邻信道搅扰信号发送给待测件，测验接纳机堵塞功能。
图5 接纳机堵塞原理测验图
5 结束语
ZigBee 估计到2015 年国内物联网市场规划将到达7500 亿元，年复合增加率超越30%。才智城市建设成为运营商推进物联网的重要落脚点。此外，工业和信息化部和财政部已设专项资金用以支撑物联网开展。据悉，2013 年投入的专项资金支撑预算较2012 年有所增加，将超越5 亿元。业内人士估计未来10 年内物联网会大规划遍及，其工业规划将远超互联网。由此可知，ZigBee 技能将会开展迅速，其未来的运用规划也会适当的广泛。
