无线传感器网络技术综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术等前沿技术，能够通过各种集成化的微型传感器协作实时监测、感知和采集各种环境监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理。并通过随机自组织无线多跳中继方式将感知信息传送到用户端。Zigbee技术，因其超低功耗、抗干扰和网络的健壮性等优点，使其在无线传感器领域发挥出巨大的作用。
Zigbee技术概述
Zigbee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。完整的Zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由Zigbee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。图1所示为Zigbee协议栈的构架。
Zigbee的特点突出，尤其在低功耗、低成本上，主要有以下几个方面。
低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长时间。这是Zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
低成本通过大幅简化协议(成本不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，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。
低速率Zigbee工作在20～250kb/s的较低速率，分别提供250kbit/s(2.4GHz)、40kbit/s(915MHz)和20kbit/s(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
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。
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、WiFi需要3s。
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。
高安全Zigbee提供了3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。
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)Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。根据设想，他的应用目标主要是：工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)，医护(如监视和传感)，家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)，消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。
Zigbee与无线传感器网络完美结合
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。为了改变当前滞后的环境监测技术，解决环境监测中遇到的困难为目标，采用无线传感器网络技术，数据采集点可以广泛地分布在不同地区，灵活改变监测布局，从而实时获取精确的监测数据。它不需要任何固定网络的支持，研究成果具有广阔的应用前景，将带来巨大的社会效益和经济效益。
基于无线传感器网络的大气环境监系统的体系架构，如图2所示，主要由4部分组成，分别是通信节点、Sink节点、应用服务器、数据服务器。通信节点具有数据采集、信号处理和无线通信功能，它既是信息帧的发起者，也是信息帧的转发者，通过网络自组织和多跳路由，将数据向Sink节点发送，Sink节点通过RS232串口线和计算机相连。
为了节约通信节点的电能，通信节点与Sink节点之间的通信采用多跳通信方式，为了保证系统内的每一个通信节点都能够与Sink节点建立无线链路，因此，对于系统内的任意一个通信节点在其有效通信范围内必须有相邻节点存在，该相邻节点可以是另外的一个通信节点，也可以是Sink节点。通信节点与Sink节点之间的通信可以根据通信距离的远近选择不同发射功率的天线，例如，当监测区域较大时，可以选择大发射功率的天线，这样势必会增加节点的能量消耗，在电源供应方便地时候益于选用，这样可以减少通信节点的布置密度，降低系统成本。Sink节点与应用服务器之间的通信，也可以通过为二者同时加装GSM短信模块或GPRS模块来进行，这样，Sink节点和应用服务器之间的通信就不再受RS232所允许的最大长度的限制。另外，应用服务器和数据服务器也可以与监控部门的局域网或Internet网相连接，这样可以很方便地扩大系统的使用用户，也有利于及时向外界发布监测信息。
Zigbee技术与无线传感器网络的完美结合是现阶段环境监测中非常有效且起主导作用的技术方案，能够在无线传感器网络的基础上更好的发挥Zigbee的优势，这也给环境监测带来了又一轮技术革新。