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第1章 ZigBee基础1

1.1 什么是ZigBee？1

1.2 ZigBee VS蓝牙和IEEE 802.112

1.3 短距离无线网络分类3

1.4 ZigBee与IEEE 802.15.4标准的关系3

1.5 操作频率和数据速率5

1.6 互操作性6

1.7 设备类型7

1.8 设备角色7

1.9 ZigBee网络拓扑7

1.10 ZigBee和IEEE 802.15.4的通信基础9

1.10.1 CSMA-CA载波侦听多路访问-冲突避免9

1.10.2 信标（Beacon）VS非信标（Nonbeacon）网络10

1.10.3 数据传输方式10

1.10.4 数据验证12

1.10.5 寻址方式12

1.11 关联和解除关联12

1.12 绑定13

1.13 ZigBee的自形成和自愈特性13

1.14 ZigBee和IEEE 802.15.4网络层功能13

1.14.1 PHY层13

1.14.2 MAC层14

1.14.3 网络层16

1.14.4 APL层17

1.14.5 安全性17

1.15 ZigBee网关18

1.16 ZigBee比喻18

参考文献18

第2章 ZigBee/IEEE 802.15.4网络范例20

2.1 智能家居20

2.1.1 安全系统21

2.1.2 抄表系统21

2.1.3 灌溉系统21

2.1.4 灯控系统21

2.1.5 多区域HVAC系统22

2.2 消费类电子：远程控制23

2.3 工业自动化23

2.3.1 资产管理和人员跟踪23

2.3.2 牲畜跟踪24

2.4 医疗24

2.5 其他应用25

2.5.1 酒店客房访问25

2.5.2 灭火器25

参考文献26

第3章 ZigBee和IEEE 802.15.4协议层27

3.1 ZigBee和IEEE 802.15.4网络层27

3.2 IEEE 802.15.4 PHY说明28

3.2.1 信道分配28

3.2.2 能量检测29

3.2.3 载波检测29

3.2.4 链路质量指标30

3.2.5 空闲信道评估30

3.2.6 PHY常量和属性30

3.2.7 PHY服务31

3.2.8 服务原语34

3.2.9 PHY数据包格式35

3.2.10 PHY层功能总结37

3.3 IEEE 802.15.4 MAC层37

3.3.1 信标操作和超帧结构38

3.3.2 帧间间隔40

3.3.3 CSMA-CA41

3.3.4 MAC服务44

3.3.5 MAC帧格式54

3.3.6 MAC混合操作模式60

3.3.7 MAC层任务总结61

3.4 ZigBee网络层61

3.4.1 广播63

3.4.2 多播64

3.4.3 多对一通信66

3.4.4 分层（树）拓扑66

3.4.5 网状拓扑69

3.4.6 路由69

3.4.7 路由发现72

3.4.8 路由维护和修复74

3.4.9 网络层数据服务75

3.4.10 网络层管理服务75

3.4.11 网络层帧格式79

3.4.12 网络层功能总结83

3.5 应用层84

3.5.1 应用框架（AF）85

3.5.2 ZigBee设备对象（ZDO）89

3.5.3 APS子层91

3.5.4 APL层职能总结93

3.6 安全服务93

3.6.1 加密（Encryption）93

3.6.2 认证96

3.6.3 附属帧头部格式98

3.6.4 APS子层安全命令100

3.6.5 安全攻击示例101

3.6.6 安全服务总结102

参考文献102

第4章 收发器要求104

4.1 典型的IEEE 802.15.4收发器基本结构104

4.2 接收器灵敏度105

4.3 相邻及相间信道抗干扰测试106

4.4 2.4 GHz运行模式下的调制和扩频方式108

4.5 868/915 MHz运行模式下的调制和扩频方式114

4.6 发射器输出功率118

4.6.1 PSD限制118

4.6.2 发射功率调整119

4.7 误差矢量振幅119

4.8 符号计时120

4.9 频率偏移容差120

4.10 周转时间121

4.11 晶振选择要素121

4.11.1 安全系数123

4.11.2 激励功率124

4.11.3 串联谐振晶体VS并联谐振晶体124

4.11.4 晶体的频公差124

4.11.5 晶体的老化124

4.11.6 晶体的牵引度125

4.11.7 晶体的泛频125

4.12 模数转换器125

参考文献129

第5章 RF传播，天线及法规要求130

5.1 路径损耗130

5.2 信号波长132

5.3 信号穿透132

5.4 反射，散射和衍射134

5.5 多路径环境135

5.5.1 多路径引起的附加随机相位136

5.5.2 多路径失效136

5.5.3 衰落信道和衰落极限137

5.5.4 频道对多路径性能的影响137

5.5.5 信号扩展对多路径性能的影响137

5.5.6 建立网状网络以提高多路径性能138

5.6 多普勒频移138

5.7 现场勘测139

5.8 距离判定140

5.9 天线选择要素143

5.9.1 天线增益143

5.9.2 天线辐射方向图144

5.9.3 天线辐射效率145

5.9.4 天线阻抗145

5.9.5 功率转化效率146

5.9.6 天线调节147

5.9.7 天线极化147

5.9.8 天线选择148

5.10 法规要求152

5.10.1 FCC法规概览153

5.10.2 FCC合格认证154

5.10.3 欧洲法规概览154

5.10.4 CE统一标记155

5.10.5 日本法规概览155

5.10.6 日本的统一性认证系统156

参考文献156

第6章 电池寿命分析158

6.1 电池放电特性158

6.2 简单的电池寿命计算方法159

6.3 电池监测160

6.4 降低功耗的方法161

6.4.1 硬件层次因素161

6.4.2 网络运行效率163

6.4.3 能效路由164

6.5 降压变换器169

参考文献170

第7章 位置判定方法171

7.1 简介171

7.2 基于接收信号强度的定位算法174

7.2.1 使用三边测量法的RSSI型位置判定174

7.2.2 RSSI型位置判定中的误差来源176

7.2.3 基于位置指纹识别的位置判定178

7.2.4 协作式位置判定182

7.3 抵达角度型算法183

7.4 时间型算法（ToA和TDoA）184

7.5 计算复杂度185

参考文献186

第8章 ZigBee共存187

8.1 简介187

8.2 ZigBee非协作式共存机制189

8.2.1 CSMA/CA信道评估189

8.2.2 极低占空比189

8.2.3 信号扩频189

8.2.4 动态RF输出功率选择190

8.2.5 网状网络和位置感知路由190

8.2.6 相邻和相间信道性能190

8.2.7 频道选择190

8.2.8 适当数据包长度选择191

8.3 与IEEE 802.11b/g共存191

8.4 与蓝牙共存193

8.5 与微波炉共存194

8.6 与无线电话共存195

参考文献195

第9章 相关技术197

9.1 IEEE 802.15.4上的IPv6（6LoWPAN）197

9.2 WirelessHART199

9.3 Z-wave200

9.4 超低功率蓝牙（Wibree）201

9.5 TinyOS202

参考文献202

附录A PSSS代码表203

附录B ZigBee设备配置文件（profile）服务205

附录C DSSS Symbol-to-Chip映射表212

附录D ZigBee-Pro/2007213

附录E 收发器基本结构217

附录F 缩写词和术语243