司、无线设备公司和开发商加盟。其成立初衷是面向工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制网络等，针对其数据传输数据量小、传输速率低、系统终端多为电池供电的嵌入式设备等特点，开发一种成本低、功耗小的通信技术[20]。因此，其具有如下的特点：
1.设备省电，zighee采用了多种节电的工作模式，可以确保两节五号电池支持设备长达6个月到2年左右的使用时间；
2.通信可靠，zighee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；
3.网络的自组织强，Zigbee无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；
4.自愈功能强，增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。具备自组织、自愈能力的无线通信网络才是自动抄表系统最理想的通信方式；
5.成本低廉，设备的复杂程度低，且Zigbee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本，Zigbee的工作频段灵活，为免执照频段的2。4Gllz，就是没有使用费的无线通信；
6.网络容量大，一个zighee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个zighee网络；
7.数据安全，Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。
Zigbee设备共分为两种类型:全功能设备FFD(full Function Device)和精简功能设备RFD(Reduced FunetionDeviee)。这里的设备一般指Zigbee通信模块，其集成了射频、协议和程序功能，能自主采集智能设备数据并按程序对数据进行处理、发送。Zigbee“模块”一般设计紧凑，体积小，常采用贴片式焊盘设计，可以内置Chip或外置SMA天线，通讯距离从100米到2500米不等，还包含了ADC，DAC，比较器，多个IO，I2C等接口和用户的产品相对接。软件上包含了完整的Zigbee协议栈，采用串口和用户产品进行通讯，并可以对模块进行发射功率，信道等网络拓扑参数的配置[21~22]。下表为各厂商Zigbee芯片产品对比：
表2 各型Zigbee芯片对比
FFD设备可以与任何Zigbee设备进行通信，但RFD设备仅能与FFD设备通信，两个RFD设备之间如要进行通信需通过FFD设备的中转传输。由于这两种设备的独特性质，因此在组建一个Zigbee网络的时候就出现了三种设备角色：网络协调器(由一个FFD组成)、路由器/中继器(由一个FFD组成)和终端设备(由一个FFD或RFD组成)。网络协调器除了直接参与应用外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务；路由器的任务则是增加网络节点数量和扩展网络物理范围；终端设备仅仅只能完成监测和控制的功能。根据应用的需求，zighee技术网络有两种拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。
星型网络拓扑结构由PAN主协调器和多个从设备组成，主协调器必须为一 个具有完整功能的设备(FFD)，从设备既可为完整功能设备（FFD)，也可为简化功能设备(RFD)。在实际应用中，应根据具体应用情况，采用不同功能的设备，合理地构造通信网络。在网络通信中，通常为这些设备分为起始设备或者终端设备，主协调器既可作为起始设备、终端设备，也可作为路由器，它是PAN网络的主要控制器。在任何一个拓扑网络上，所有设备都有唯一的64位长地址码，该地址码可以在PAN中直接通信，或者当设备直接已经存在连接时，可以将其转变为16位的短地址码分配给PAN设备，因此，在设备发起连接时，应采用64位长地址码，只有在连接成功后，系统分配了PAN标识符后，才能采用16位的短地址码进行连接，因此，短地址码是一个相对地址码，长地址码是一个绝
对地址码。在Zigbee技术应用中，PAN主协调器是主要的耗能设备，而其他从设备均采用电池供电，Zigbee技术的星型网络拓扑结构通常在PC外围设备、玩具、游戏以及个人健康检查等方面得到应用。
星型网络的基本结构如下图所示，当一个具有完整功能的设备(FFD)第一次被激活后，它就会建立一个自己的网络，将自身成为一个PAN主协调器。所有星型网络的操作独立于当前其他星型网络的操作，这就说明了在星型网络结构中只有一个唯一的PAN主协调器，通过选择一个PAN标识符确保网络的唯一性，目前，其他无线通信设备的星型网络没有采用这种方式。因此，一旦选定了一个PAN标识符，PAN主协调器就会允许其他从设备加入到它的网络中。
图1 星型拓扑网络
在对等的拓扑网络结构中，同样存在一个PAN主设备，但该网络不同于星型网络拓扑结构，在该网络中的任何一个设备只要是在它的通信范围之内，就可以和其他设备进行通信。对等拓扑网络结构能够构成较为复杂的网络结构，例如簇型网络拓扑结构和网状网络拓扑结构。这种对等网络结构在工业检测和控制、无线传感器网络、供应物资跟踪、农业智能化，以及安全监控等方面都有广泛的应用。一个对等网络的路由协议可以是基于Ad hoc技术的，也可以是自组织式的和自恢复式的，并且，在网络中各个设备之间发送消息时，可通过多个中间设备中继的传输方式进行传输，即通常称为多跳的传输方式，以增大网络的覆盖范围。其中，组网的路由协议，在Zigbee网络层中没有给出，这样为用户的使用提供了更为灵活的组网方式。在对等拓扑结构中，任何一个设备都可定义为PAN主协调器，例如，可将信道中第一个通信的设备定义为PAN主协调器。未来的网络结构很可能不仅仅局限为对等的拓扑结构，而是在构造网络的过程中，对拓扑结构进行某些限制。簇型网络也是对等网络的一种应用，在此种网络中，绝大多数的设备是FFD设备，而RFD设备总是作为簇树的叶设备连接到网络中。任意一个FFD都可以充当RFD协调器或者网络协调器，为其他设备提供同步信息。
在这些协调器中，只有一个可以充当整个点对点网络的网络协调器。网络协调器可能和网络中其他设备一样，也可能拥有比其他设备更多的计算资源和能量资源。网络协调器首先将自己设为簇头(Cluster Header，CLH)并将簇标识号(Cluster Identifier，CID)设置为0，同时为该簇选择一个未被使用的PAN网络标识号，形成网络的第一个簇，接着，网络协调器开始广播信标帧。临近设备收到信标帧后，就可以申请加入该簇。设备可否成为簇成员，由网络协调器决定。如果请求被允许，则该设备将作为簇的字设备加入到网络协调器的邻居节点列表中，新加入的设备将簇头作为它的父设备加入到字节的邻居节点列表中。其网络拓扑结构如图2所示:
图2 簇型拓扑网络
上面讨论的只是一个由单簇构成的最简单的簇树。PAN网络协调器可以指定另一个设备成为邻接的新簇头，以形成更多的簇。新簇头同样可以选择它的子设备成为新的簇头，进一步扩大网络的覆盖的范围。但是许多的簇头会增加簇间消息传递的延迟和通信的开销。为了弥补这个缺陷，簇头可以选择最远的通信子 设备作为相邻簇的簇头，这样可以最大限度的缩小不同簇间消息传递的条数，达 到减小延迟和通信开销的目的。另外，还有一种对等网络-网状网络，他与簇型网络有很多相似之处，但最大的不同在于一个RAN网络中，任何两个终端设备，只要是由FFD构成的，相互之间就可直接通信。但是，这种网络结构比较复杂，相比之下价格昂贵，并且由于可通信节点过多，容易产生信道冲突，会增加消息传递的延迟和通信开销。其网络拓扑结构如图3所示：
图3 网状拓扑网络
Zigbee协议使用IEEE802.15.4规范[23]作为介质访问层(MAC)和物理层(PHY)。IEEE802.15.4总共定义了3个工作频带：2.4GHz，915MHz，868MHz。每个频带提供固定数量的信道。例如，2.4GHZ频带总共提供16个信道(信道11-26)、9l5MHz频带提供10个信道(信道1-10)而868MHZ频带提供1个信道(信道0)。IEEE502.15.4标准是针对于低速无线个人区域网(Low-rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN)，把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一的标准。 1.1.5家庭物联网的架构
工业与信息化部电信研究院在其物联网白皮书中提出，物联网网络架构由感知层、网络层和应用层构成，如图4所示。
图4 物联网架构
感知层能够实现对物理世界的识别感知、信息采集和处理控制。在在家庭物联网中，中感知层主要指布置于室内的各种感应器、智能电器等，其一般具有嵌入式微控制器/单片机。单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能