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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 802.11 2

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-CA 41

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 WirelessHART 199

9.3 Z-wave 200

9.4 超低功率蓝牙（Wibree） 201

9.5 TinyOS 202

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/2007 213

附录E 收发器基本结构 217

附录F 缩写词和术语 243