“紫蜂”（ZigBee）通信技術分析

呂海燕+馬旭光

摘 要：隨著網絡和通信技術的快速發展，人們對無線通信的要求越來越高?！白戏洹保╖igBee）技術作為一種特殊的無線通信技術，具有技術標準統一、短距離、低速率等特點，能夠廣泛地運用在自動控制、遠程監測以及當前最熱門的物聯網領域。文章具體分析了 “紫蜂”（ZigBee）通信技術。

關鍵詞：紫蜂技術；技術特點；軍事應用

1 “紫蜂”（ZigBee）技術簡介

“紫蜂”是ZigBee的中文譯名，是一種新興的雙向無線通信技術，具有短距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本等優點，主要應用在自動控制和遠程控制領域。ZigBee一詞來源于蜜蜂的八字舞，當蜜蜂發現花粉位置時，蜜蜂（bee）會飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀，通過這種“舞蹈”與同伴傳遞信息，通報花粉所在方位，構成了蜂群的通信網絡。也就是說，ZigBee就是一種低成本的、低功耗的近距離無線組網通信技術。它有統一的無線通信標準，在成百上千個微小的傳感器之間協調一致達成通信。這些傳感器只需要極少的能量，就能通過無線電波以接力的方式將數據相互傳遞，通信效率高。這些數據還可以通過其他通信技術遠程傳輸或是進入計算機系統用于分析（見圖1）。

ZigBee技術使用的頻率：全球范圍2.4GHz、歐洲868MHz、美國915MHz。其定義了全功能設備（FFD，full functional device）和簡化功能設備（RFD，reduced functional device）。其中，FFD是具有路由與中繼功能的網絡節點，可作為協調器與路由器使用，RFD只能作為終端節點使用。每個FFD能根據網絡路由協議優化最短和最可靠的路徑，如果其中一個FFD失去了路由或斷網，則另一個鄰近的FFD將快速替代。因此，ZigBee具有發達的動態拓撲結構和自維護功能。其拓撲結構主要有：星型網、樹型網和網狀網。

2 “紫蜂”（ZigBee）技術的特點

與其他無線通信技術相比，ZigBee無線網絡特點有：

低功耗。2節AA電池可支持1個ZigBee節點待機工作6～24個月，甚至可以持續更長時間。

低速率?？煞謩e提供250千比特/秒（2.4GHz）、40千比特/秒（915MHz）和20千比特/秒（868MHz）的數據傳輸速率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

低成本。由于其通信協議相比傳統通信協議大大簡化，降低了對通信控制器的要求，其開發成本較低。

近距離。相鄰節點之間傳輸距離在10～100米之間，增加射頻發射功率可以增大到1～3千米。如果通過路由和節點間的通信接力，傳輸距離將達到更遠。

短時延。響應速率較快，只需15毫秒即可從睡眠待機轉入工作狀態，節點連接進入網絡只需30毫秒。

高容量。ZigBee可采用星狀、樹狀和網狀網絡結構，1個主節點最多可管理254個子節點，主節點還可由上一層的網絡節點管理，最多可組成包括6.5萬個通信節點的大型網絡。

高安全性。ZigBee提供了3級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制列表防止非法獲取數據以及采用高級加密標準的對稱密碼，可以合理確定其安全屬性。

3 “紫蜂”（ZigBee）技術的軍事應用

基于上述特點，ZigBee無線通信技術在軍事領域具有極高的應用價值，不僅為部隊的日常勤務和作戰行動帶來極大便利，甚至有可能導致作戰方式的變革。

一是無線傳感器網絡。無線傳感器網絡是由大量低成本、具有傳感數據處理和無線通信能力的傳感器節點，通過自組織方法形成的網絡。未來信息化戰場通過布設大量的傳感器來收集和傳輸戰場信息，經過處理后再把重要的信息送到各數據融合中心，從而形成戰場的全維態勢圖。ZigBee則是無線傳感器網絡中一種不可或缺的通信技術。美軍提出的“靈巧傳感器網絡”概念中，就是應用ZigBee技術來實現信息的傳輸。

二是戰場監控。基于ZigBee的低復雜度特點，利用紅外探測、視頻監控、振動、壓力、磁和聲光感應器等與ZigBee技術結合，可以組成一種極低成本的戰場監控系統，在戰場環境周圍形成聲、光、磁、紅外和振動感應的立體全方位監控網。通過無線方式，將監視信息匯集并傳遞到中心監控站，通過ZigBee具有的多路由功能，保證了監控網絡具備很高的可靠性和抗破壞能力。

三是軍事偵察機器人。利用ZigBee模塊為核心的無線控制技術，可以監控和控制各種電子設備，甚至可以控制軍事偵察機器人，這種控制功能可以提供多種傳輸速率和距離選擇，控制距離可達100米到40千米，傳輸速率可以從幾千比特/秒到1.5兆比特/秒。美軍在阿富汗山區使用的偵察機器人就是利用ZigBee技術實現控制的。

四是軍用物資倉儲和物流管理。ZigBee模塊使用在軍用倉庫中，具備溫度、濕度和光線強度傳感器功能，能夠持續監控倉庫內部的環境溫濕度和光線強度，并將監控實時信息及時上傳網絡控制中心，再由控制中心將處理過的信息以命令形式發送給相應的控制設備，從而實現溫度、濕度和光線強度的自動調節。如果將ZigBee與射頻識別技術進行結合，就可以有效地掌握軍用物資的存儲和運輸狀態，提高物流管理能力。

五是單兵綜合作戰系統。將ZigBee模塊與生物傳感器結合使用，可以將單兵的生命體征數據收集并傳送到單兵所攜帶的穿戴式計算機，計算機將這些數據進行處理后，通過衛星通信系統傳送到指揮中心，指揮員就可以實時掌握部隊的戰斗力狀態。如果與其他傳感器結合，還可以對敵方核、生、化沾染情況和其他偵察數據進行采集、處理，并發送到指揮中心。

此外，ZigBee技術還可用于指揮所內部自動控制、區域人員定位、重要人員看護和重要作戰平臺狀態監控等領域。

Analysis on ZigBee Communication Technology

Lv Haiyan， Ma Xuguang

（Academy of National Defense Information， Wuhan 430010， China）

Abstract： With the rapid development of network and communication technology，people more and more high to the requirement of wireless communication. ZigBee communication technology as a kind of a unified technical standard of short distance，low rate of wireless communication technology，can be widely used in automatic control，remote monitoring，as well as the current most popular field of Internet of things.

Key words： ZigBee communication technology； technology characteristics； military application