有人將ZigBee?翻譯成「紫蜂」，為無線個人區(qū)域網(wǎng)路(Wireless?Personal?Area?Networks,?WPAN)的標準之一，已于?2005?年6?月27?日?公布。除了邏輯鏈路控制(Logic?Link?Control,?LLC)層、媒介存取控制(Media?Access?Control,?MAC)層，與實體(Physical,?PHY)層使用2003?年10?月公布的IEEE?802.15.4標準外，ZigBee?標準中共訂定應用層與網(wǎng)路層(Network?Layer)的標準，及MAC、應用層與網(wǎng)路層的安全加密服務標準。

????WPAN?的傳輸范圍比無線區(qū)域網(wǎng)路(Wireless?Local?Area?Networks,?WLAN)較小，目前常聽到的WPAN?技術(shù)有三種主要公開的標準，即藍芽、WiMedia，與ZigBee，其標準組織與IEEE802?國際標準訂定組織密切合作。前述三種WPAN?標準分別相當于IEEE802.15.1、IEEE802.?15.3a?與IEEE802.15.4。此公開的網(wǎng)路標準所訂定范圍與IEEE?標準工作群所訂定范圍的關(guān)系，可自圖1?的ZigBee?與IEEE802.15.4?的分層式網(wǎng)路結(jié)構(gòu)來說明，即IEEE802.15.4?負責訂定WPAN?協(xié)議中的LLC、MAC?與PHY?標準，而ZigBee?運用此三底層來發(fā)展網(wǎng)路層與應用層等。

????在此三種WPAN?標準中，目前藍芽主要應用于短距離無線語音傳輸；WiMedia?主要應用方向為短距離無線多媒體傳輸；而ZigBee?較適用于低耗電與低數(shù)據(jù)量的短距離無線傳輸，ZigBee?的主要殺手級應用包括家庭自動化與大樓自動化的無線感測器與控制器，例如無線讀表(Wireless?Meter?Reading)系統(tǒng)、無線感測器網(wǎng)路等。以下以ZigBee?來代表圖1?中自PHY?至應用層的標準通稱。

ZigBee?網(wǎng)路架構(gòu)支持多種型態(tài)
ZigBee?提供三種資料傳輸率，即在800MHz?頻道的20kbps、在900MHz?頻道的40kbps，與在2.4GHz?頻道的250kbps。此三種ZigBee?頻帶的中心頻率與頻道數(shù)，為使用于歐洲的868MHz?單一頻道、使用于美洲的915MHz?含10?個頻道，及通用于全球的2.45GHz?含16?個頻道。ZigBee?使用16bit?短定址與64bit?擴充定址。

ZigBee?最大可支援254?個元件聯(lián)網(wǎng)通訊。
????在多重接入方面，ZigBee?采用具避免碰撞的載頻偵測(Carrier?Sense?Multiple?Access-Collision?Avoidance,?CSMA-CA)與保證時槽(Guaranteed?Time?Slots,?GTS)兩種模式，其中GTS?類似預留的時域多重接入(Time?Division?Multiple?Access,?TDMA)。在GTS?模式下，欲通訊的ZigBee?元件或裝置可不用經(jīng)過CSMA-CA中的隨機競爭機制，即可取得頻道的接入使用權(quán)，這對緊急訊息傳遞的狀況特別有用，例如配有ZigBee?的警報感測元件。
????為了考慮ZigBee?產(chǎn)品的多元化與價格，在ZigBeee?網(wǎng)路架構(gòu)中，可存在兩種裝置，即具完整功能的元件(Full-Function?Device,?FDD)與減化功能的元件(Reduced-Function?Device,?RFD)。其中FFD?的軟硬體配備可做為整個WPAN?的網(wǎng)路協(xié)調(diào)器(Coordinator)，或ZigBee?叢集(Cluster)的網(wǎng)路協(xié)調(diào)器，或一般元件。FFD?可和RFD?蚱淥鸉FD?溝通，而RFD?只可與FFD?溝通，因此RFD?可以最少的軟硬體資源與記憶體來實現(xiàn)。
????ZigBee?網(wǎng)路架構(gòu)支持點對點與星形型態(tài)，星形型態(tài)也可以是樹狀型態(tài)。在星形WPAN?型態(tài)中，F(xiàn)FD?網(wǎng)路協(xié)調(diào)器做為控制器，負責啟動或終止ZigBee?元件間的通訊，并且負責選定某些主要WPAN?參數(shù)，同時也擔任網(wǎng)內(nèi)元件間路由(Route)的功能；星形型態(tài)特別適合有中心控制器的家庭或建筑物自動化網(wǎng)路應用。點對點型態(tài)可以是網(wǎng)狀(Mesh)型態(tài)。點對點WPAN?型態(tài)中，任一ZigBee?元件可不必透過網(wǎng)路協(xié)調(diào)器，而直接和傳輸范疇內(nèi)的任一ZigBee?元件通訊。點對點型態(tài)特別適合于無線網(wǎng)路感測器應用，且可以實現(xiàn)具多躍式(Multihop)的隨意網(wǎng)路(AdHoc?Networks)或網(wǎng)狀網(wǎng)路(Mesh?Networks)。在樹狀或網(wǎng)狀型態(tài)中，可藉ZigBee路由器擴充網(wǎng)路的范圍。

實體層圍繞收發(fā)器工作

ZigBee?實體層使用的頻帶為868～868.6MHz、902～928MHz，與2400～2483.5MHz皆不須要使用執(zhí)照。在此三個頻帶上，共有27?個頻道。實體層的主要工作是要啟動與關(guān)閉無線傳輸接收器、傳輸與接收資料、使用頻道的選擇、在目前頻道上做訊號能量偵測、數(shù)據(jù)調(diào)變傳輸與接收解調(diào)、頻道無占用評估(CCA)，與針對接收的封包執(zhí)行鏈路品質(zhì)指示(LQI)。ZigBee?實體層的時框(Frame)格式，其中SHR?代表同步頭端(Synchronization?Header)，SFD?代表時框啟始端(Start-of-frame?Delimiter)，PHR?代表實體層頭端(PHY?Header)，PSDU?代表實體層服務協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PHY?Service?Data?Unit)，而前言是做為同步使用。實體層中除了有標準化的協(xié)議結(jié)構(gòu)外，其數(shù)位調(diào)變與展頻方法如下所述。
對于2.4GHz?頻帶，數(shù)據(jù)調(diào)變使用脈波整型后的Offset?QPSK(Pulse-Shaped?O-QPSK)與正交展頻編碼，其展頻片碼(Chip)率為2Mchips/s，共有16?個正交展頻序列。其中二位元的數(shù)據(jù)先經(jīng)過位元到符碼元(Bit-to-Symbol)轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過符碼元到片碼轉(zhuǎn)換，爾后再輸入至Pulse-Shaped?O-QPSK?調(diào)變器(O-QPSK?Mod)完成展頻與調(diào)變的動作。
對于868/915MHz?頻帶，數(shù)據(jù)調(diào)變使用BPSK?與15-Chip?m-Sequence?展頻差動編碼，其片碼率為0.3Mchips/s，共有2?個展頻序列。此868/915MHz?頻帶調(diào)變與展頻關(guān)系，其中二位元的數(shù)據(jù)先經(jīng)過差動編碼器(Differential?Encoder)編碼，在經(jīng)過位元到片碼轉(zhuǎn)換，爾后再輸入至BPSK?調(diào)變器(BPSK?Mod)，完成展頻與調(diào)變的動作。差動編碼器可以一互斥和(Exclusive-Or)電路來實現(xiàn)。

歸納ZigBee?在不同頻帶的數(shù)據(jù)調(diào)變與傳輸率，可看出傳輸位元率以2.4GHz頻帶的ZigBee?最高。但因為電磁波的特性關(guān)系，2.4GHz?頻帶的訊號較868/915MHz頻帶的訊號傳輸距離短。
在上述的2.4GHz?頻帶數(shù)據(jù)調(diào)變中，Pulse-Shaped?O-QPSK?相當于最小移頻鍵控(Minimum-Shift?Keying,?MSK)，其所使用的脈沖(Pulse)如下式：其中為展頻的一個片碼時間長。
而在上述的868/?915M?Hz?頻帶數(shù)據(jù)調(diào)變中，使用下列的Raised?Cosine?Pulse來代表基頻上每一片碼位元：

ZigBee?PHY層調(diào)變的精確度是由誤差向量大小(EVM)來決定。在1000?個片碼中，EVM?必須小于35%。另外，ZigBee?傳輸器必須能傳輸小至-3dBm?的能量。為了降低ZigBee?元件間的干擾，ZigBee?傳輸器須在可接收到的條件下，傳輸較小的能量。

ZigBee?MAC?提供可靠鏈路
此MAC?層的功能是提供兩MAC?同儕個體間一可靠的鏈路。ZigBee?MAC?的主要工作為支援通訊鏈路的連結(jié)與斷線，產(chǎn)生網(wǎng)路協(xié)調(diào)器元件的指標(Beacon)信訊號，使指標訊號同步，運用CSMA-CA，及處理與維護GTS。此外，MAC?的加密子層可支援通訊加密功能。
????MAC?的多從存取協(xié)議有三種不同的模式，即為時槽式(Slotted?CSMA-CA)模式、非時槽式(Unslotted?CSMA-CA)模式，與GTS?模式，其中GTS?主要用于緊急情境或周期性訊號的傳遞。MAC?使用四類時框格式，即指標時框、數(shù)據(jù)時框、確認(ACK)時框，與指令(Command)時框。在使用指標時框與ACK?時框情況下不運用CSMA-CA。

????在星狀WPAN?有使用指標的網(wǎng)路中，當有ZigBee?元件要傳輸數(shù)據(jù)予網(wǎng)路協(xié)調(diào)器時，它會先偵測網(wǎng)路的指標。若元件偵測到指標，它會與超時框同步動作，同步達到后，ZigBee?元件會啟動時槽式以傳輸數(shù)據(jù)予網(wǎng)路協(xié)調(diào)器。在不使用指標的網(wǎng)路中，當有ZigBee?元件要傳輸數(shù)據(jù)予網(wǎng)路協(xié)調(diào)器時，它會啟動非時槽式以傳輸數(shù)據(jù)予網(wǎng)路協(xié)調(diào)器。在以上的數(shù)據(jù)傳送后，當網(wǎng)路協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)封包，會回傳ACK?予ZigBee?元件。當網(wǎng)路協(xié)調(diào)器有數(shù)據(jù)要傳輸予ZigBee?元件時，也類似前述的協(xié)議程序。
在點對點WPAN?中，若ZigBee?元件要傳輸數(shù)據(jù)予其他ZigBee?元件，必須周期性地偵測接收訊號，并運用非時槽式來獲得頻道使用權(quán)，或是取得元件間的同步。
????一般MAC?的時框格式其中MHR?表示MAC?頭端，而MFR?表示MAC?尾端。MHR?是包含時框控制欄(Frame?Control)，序列號(Sequence?Number)，目標ZigBee元件身份證件(Destination?ID)，目標ZigBee?元件地址(Destination?Address)，傳輸端ZigBee?元件ID(Source?ID)，與傳輸端ZigBee?元件地址(Source?Address)。
網(wǎng)路層包括NLDE?與NLMEZigBee?網(wǎng)路層分為兩個部分，即網(wǎng)路層數(shù)據(jù)部分(Network?Layer?Data?Entity,NLDE)與網(wǎng)路層管理部分(Network?Layer?Management?Entity,?NLME)。NLDE?負責產(chǎn)生網(wǎng)路層協(xié)議數(shù)據(jù)(Network?Level?PDU)與傳輸所需的路由。而NLME?工作包括負責設定ZigBee?元件成為網(wǎng)路協(xié)調(diào)器，或加入或離開已存在的PAN，啟動WPAN定址，發(fā)現(xiàn)臨近ZigBee?元件，尋找路由路徑，與MAC?接收啟動控制。
ZigBee?網(wǎng)路層時框格式主要包括網(wǎng)路頭端(NWK?Header)與網(wǎng)路負載(NWK?Payload)。網(wǎng)路頭端中的半徑欄定義網(wǎng)路負載中數(shù)據(jù)允許傳輸?shù)姆秶?，若一ZigBee?元件接到此時框，即將Radius?值減一，若Radius?值減至零則到達傳輸?shù)淖畲蠓秶Ｋ衂igBee?元件網(wǎng)路層須提供加入與離開WPAN?的功能。而ZigBee?網(wǎng)路協(xié)調(diào)器與路由器須提供下列功能：接受來自MAC?或應用層的指令以允許其他元件加入與離開WPAN、指定網(wǎng)路邏輯地址，與維護臨近ZigBee?元件的列表。
另外，網(wǎng)路層也負責ZigBee?傳輸元件與目標元件間的路徑與路由尋找功能。應用層藉由尋問啟動發(fā)現(xiàn)程序以尋找周邊元件ZigBee?應用層目前只定義編號1～240?的240?個元件，而241～254?則是保留予未來使用。另外，編號0?與編號255?是給予其他介面使用。ZigBee?應用層的通訊基礎是由ZigBee?產(chǎn)品供應商發(fā)展的類別(Profile)所構(gòu)成，某一類別提供對ZigBee?特定應用技術(shù)需求的解決方案。類別是有關(guān)啟動ZigBee?元件應用的共通訊息、訊息格式，與處理動作的協(xié)定，用以產(chǎn)生相互運作的分散式應用，其中包括不同元件間指令傳送、數(shù)據(jù)要求，及處理指令與要求。ZigBee?元件Cluster是由8bit?Cluster?ID?所辨認，在一類別中Cluster?ID?是唯一的。

????ZigBee?應用層主要是透過應用層支援子層(APS)與網(wǎng)路層溝通。在APS?中有APS數(shù)據(jù)個體(APSDE)與APS?控管個體(APSME)兩個軟體模組。其中APSDE?提供同一WPAN?中不同元件間的數(shù)據(jù)傳輸服務，而APSME?則提供元件間發(fā)現(xiàn)(Discovery)與連系(Binding)服務，并且APSME?也維護一稱為APS?資訊基礎(APS?Information?Base,?AIB)的物件數(shù)據(jù)庫。
ZigBee?元件藉著送出尋問(Query)啟動發(fā)現(xiàn)程序(Discovery?Process)來尋找周邊其他的ZigBee?元件(Device?Discovery)，與這些元件提供的服務(Service?Discovery)。ZigBee?應用層使用兩種Device?Discovery要求格式：即16-bit?IEEE地址要求與64-bitI?NWK?地址要求。其中IEEE?地址要求是在已知NWK?地址下，以單傳(Unicast)送出，而NWK?地址要求是將IEEE?地址置于封包的數(shù)據(jù)負載中以廣播(Broadcast)方式送出。對應于發(fā)現(xiàn)要求訊息，依據(jù)要求訊息與被要求元件角色特性，可能有不同的回應。若為ZigBee?一般元件，回應相關(guān)的IEEE?或NWK地址；若為ZigBee?網(wǎng)路協(xié)調(diào)器或路由器，則回應網(wǎng)路協(xié)調(diào)器或路由器本身的IEEE或NWK?地址，及其他與網(wǎng)路協(xié)調(diào)器或路由器聯(lián)結(jié)的元件IEEE?或NWK?地址。而Service?Discovery提供ZigBee?元件以決定其他ZigBee?元件所供應的服務，其所對應的回應種類與方式與Device?Discovery?類似，亦分為單傳與廣播，但詢問形式與回應內(nèi)容不同。

?
???? ZigBee?應用層亦提供元件間的連系功能，即在互補的應用元件間產(chǎn)生邏輯連動，此連動記錄在一連系表中，這對于有相互關(guān)系的控制元件或感測器特別有用。

在完成Device?Discovery與Service?Discovery后，ZigBee?元件間可建立關(guān)聯(lián)，并且開始傳送指令到特定的ZigBee?地址。在定址方面有三種方式，即直接定址、間接定址，與廣播定址。ZigBee?主控元件自Device?Discovery?與Service?Discovery?取得目的地元件的地址與Cluster?ID，可使用直接定址。在ZigBee網(wǎng)路協(xié)調(diào)器連系資料表中有直接定址的記錄，可使用APSDE?透過連系來做間接定址，這對欲節(jié)省能量與記憶體的簡易型感測元件特別有用。另外，可使用廣播定址將應用廣播給所有元件，在此狀況中，目的地的地址是16bit?網(wǎng)路廣播地址且須設定APS?時框中的廣播旗標。
在應用層中還有一個稱為ZigBee?元件物件(ZigBee?Device?Object,?ZDO)的軟體模組，做為應用物件、元件應用類別與APS?間的介面。ZDO?位于應用架構(gòu)與APS之間，負責啟動APS、網(wǎng)路層與保密服務，及負責組合來自使用者的設，定資訊以決定并執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、保密控管、網(wǎng)路控管與連系。此介面亦提供應用層中有關(guān)元件發(fā)現(xiàn)、連系與保密功能的定址管理。