按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费，每块芯片的价格大约为2美元。
（3）低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps（915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
（4）近距离：传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km，这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
（5）短时延：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、Wi-Fi需要3s。
（6）高容量：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
（7）高安全：ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
（8）免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。
2.1.2 ZigBee网络拓扑结构
ZigBee协议主要采用了二种组网方式：星状网和网状网，网络拓扑结构如图2-1所示：
图2-1 ZigBee二种拓扑结构
在星状网中，以PAN协调器为中心，所有设备只能与中心设备PAN协调器进行通信，终端设备之间的通信通过PAN协调器的转发来完成，因此在星型网络的形成过程中，第一步就是建立PAN协调器。任何一个FFD设备都有成为PAN协调器的可能，一个网络如何确
定自己的PAN协调器由上层协议决定。在这种网络中，PAN协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。
在网状网中，无线传感器网络的网络拓扑结构中，最复杂的拓扑结构也是最终实现的目标是网状网络(MeshNetwork)。在这种结构中，节点与节点之间的结构是“Point.to.Point—to.Pint”结构。这种结构无线网络连成一张网，网络非常健壮，伸缩性好，在个别链路和终端节点发生失效时，不会引起网络分立。可以同时通过多条路由通道传输数据，传输可靠性非常高。
在上述的网络拓扑结构中，网络的形成和维护都是通过设备之间的通信而自动实现，不需要人工来干预。
2.1.3 ZigBee网络工作模式
ZigBee网络的工作模式可以分为信标（Beacon）和非信标(Non-Beacon)两种模式，信标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度的功耗节省，而非信标模式则只允许终端设备进行周期性休眠，协调器和所有路由设备必须长期处于工作状态。
信标模式下，协调器负责以一定的间隔时间(一般在15ms～4mins之间)向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为终端设备子节点缓存数据，终端设备主动向其父节点提取数据的机制，实现终端设备的周期性(周期可设置)休眠。网络中所有父节点需为自己的终端设备子节点缓存数据帧，所有终端设备子节点的大多数时间都处于休眠模式,周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms【5】。
2.2 ZigBee协议架构
ZigBee的协议架构是建立在IEEE802.15.4标准基础之上的，IEEE802.15.4标准规定了ZigBee的物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）；ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范，ZigBee协议栈的结构如图2-2所示：
应用对象应用层（APL）ZDO管理应用支持子层（APS）(网络层NWK)安全服务提供层（SSP）介质访问控制层（MAG）物理层(PHY)2450MHzPHY层_868/915MHz
图2-2 ZigBee协议栈的体系结构模型图
ZigBee协议栈的每层为其上一层提供一套服务功能：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供其他的服务。每个服务实体和上层之间的接口称作“服务访问点（SAP）”，通过SAP交换一组服务原语为上层提供相关的服务功能。
物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管理服务。PHY层功包括无线收发信机的开启和关闭、能量检测（ED）、链路质量指示（LQI）、信道评估（CCA）和通过物理媒体收发数据包。
媒体访问控制层（MAC）层提供MAC层数据服务和MAC层管理服务，其主要功能包括采用CSMACA进行信道访问控制、信标帧发送、同步服务和提供MAC层可靠传输机制。
网络层提供设备加入退出网络的机制、帧安全机制、路由发现以及维护机制。ZigBee协调器的网络层还负责新网络并为新关联的设备分配地址。
ZigBee应用层包括应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象。APS子层负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并在绑定的设备之间传送消息。ZDO负责发现网络中的设备并明确其提供的应用服务。
IEEE802.15.4标准是针对低速率无线个人区域网络(LR-WPAN)通讯制定的标准，定义了LR-WPAN的PHY层和MAC层。在此基础上ZigBee联盟定义的ZigBee标准包括NWK层，APL层及SSP层的标准。本小节主要分析PHY层，MAC层，NWK层和APL层的标准。
2.2.1 物理层（PHY）
IEEE802.15.4物理层主要完成以下几项任务：开启和关闭无线收发信机、能量检测（ED）、链路质量指示（LQI）、信道评估（CCA）和通过物理媒体收发数据包。
IEEE802.15.4物理层定义了868Mhz、915Mhz和2.4Ghz三个频段。表2-1所示即为
这三个频段上分别所采用的调制和扩频技术参数。
表2-1 IEEE802.15.4的扩频和调制参数
频 道 数 码片率(kchips) 300 扩频参数 调制方式 三相的相位健控调制（BPSK） 二相的相移控件调制（BPSK） 偏移四相相移16 2000 控件调制（BPSK） 250 传输参数 传输率（kbs） 数据符号 物理层 工作频率(Mhz) 868Mhz物理层 915Mhz物理层 2.4G物理层 868-868.6 902-928 1 20 二进制 10 600 40 二进制 2400-2483.5 16 状 态组 IEEE802.15.4物理层在三个频段上共划分了27个信道，信道编号为0～26。2450Mhz频段上划分了16个信道，915Mhz频段有10个信道，868Mhz频段有1个信道，27个信道的中心频率和对应的信道编号定义如式（2.1）所示。
?868.3Mhz,k?0?? Fc????906?2?k?1???Mhz,k?1,2,?,10 (2.1)
???2405?5?k?11???Mhz,k?11,12,?,26??式中k指的是信道号，Fc的单位为MHz。
物理层通过射频固件和硬件提供MAC层与物理无线信道之间的接口。从概念上说，物理层还应该包括物理层管理实体（PLME），以提供调用物理层管理功能的管理服务接口；同时PLME还负责维护物理层PAN信息库（PHY PIB）。物理层参考模型如图2-3所示。
PD-SAPPLME-SAPPHY layerPHYPIBPLMERF-SAP
图2-3 物理层参考模型
其中，物理层数据服务访问节点PD-SAP支持在两个对等的MAC实体之间传输MAC协议数据单元（MPDU），物理层管理实体服务访问点PLME-SAP允许在MLME和PLME之间传送管理命令。
物理层协议数据单元（PPDU）由三部分组成：同步头（SHR）允许接收设备同步并锁定数据流；物理层帧头（PHR）包含的是帧长信息；有效载荷部分为PSDU，其格式如表2-2所示：
表2-2 PPDU格式
字节数:4 1 1 可变长度 引导序列 帧开始符 帧长(7位) 预留(1位) 物理层服务数据单元（PSDU） 同步头(SHR) 物理层帧头(PHR) 物理层有效载荷 引导序列：收发信机用来获得码片和符号同步，它是32位长度的全0序列。 帧开始符（SFD）：表示引导序列的结束和数据帧的开始。 帧长字段：它用7位表示物理层有效载荷PSDU的长度。
PSDU 字段：可变长度的字段，它是物理层要发送的数据包（MPDU）。
2.2.2 媒体访问控制层（MAC）
MAC层位于NWK层和PHY层之间，主要负责以下几项任务：协调器产生网络信标、信标同步、支持PAN关联和解关联、CSMA-CA信道访问机制、处理和维护保证时隙（GTS）机制、在两个对等MAC实体间提供可靠链路。
MAC层提供了特定服务汇聚子层（SSCS）和物理层之间的接口。从概念上说，MAC层还包括MAC层管理实体（MLME），以提供调用MAC层管理功能的管理服务接口；同时，MLME还负责维护MAC PAN信息库（MAC PIB）。MAC层通过MAC公共部分子层（MCPS）的数据SAP（MCPS-SAP）提供MAC数据服务；通过MLME-SAP提供MAC管理服务。这两种服务通过物理层PD-SAP和PLME-SAP提供了SSCS和PHY之间的接口。除了这些外部接口外，MCPS和MLME之间还隐含了一个内部接口，用于MLME调用MAC数据服务，MAC层参考模型如图2-4所示：
MCPS-SAPMLME-SAPPHY CommonPart SublayerMACPIBMLMEPD-SAPPLME-SAP
图2-4 MAC层参考模型