ZigBee技术简介
ZIGBEE技术简介
ZIGBEE技术简介一、ZIGBEE是什么技术ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；ZigBee 采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层；ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；ZigBee 无线可使用的频段有3 个，分别是2.4GHz 的ISM 频段、欧洲的868MHz 频段、以及美国的915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是16 、 1 、10 个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。
二、ZIGBEE设备功能ZigBee 网络协调器也就是网络的中心节点；ZIGBEE 全功能设备(FFD)也就是网络中的路由或中继；精简功能设备(RFD)也就是网络中的终端节点。
三、ZIGBEE特点ZigBee 技术优势ZigBee 技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势。
ZigBee 技术标准ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。
ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。
ZigBee 网络比较ZigBee 无线的传输带宽在20-250KB/s范围，适合传感器数据采集和控制数据的传输；ZigBee 无线可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，具有非常强大的组网优势；ZigBee 技术特有的低功耗设计，可以保证电池工作很长时间。
ZigBee 网络结构ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构；MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。
zigbee技术简介
zigbee技术简介【正文】ZigBee是一种短距离无线通信技术，广泛应用于物联网、家庭自动化、工业自动化等领域。
它以低功耗、低复杂度和低数据传输速率为特点，是一种非常适合于传感器网络的通信协议。
ZigBee技术的出现源于对传统无线通信技术的不足之处的认识。
之前的无线通信技术大多对功耗要求较高，难以应用于需要长期运行的低功耗设备。
而ZigBee技术则专注于解决此类问题，使得各种传感器和移动设备能够通过无线网络进行低耗能的通信。
ZigBee技术采用了IEEE 802.15.4标准，利用2.4GHz频段进行通信。
这一频段已经被工业、科学和医疗（ISM）设备广泛使用，因此ZigBee能够与其他设备共享频谱，提高了通信的灵活性和可靠性。
ZigBee的网络结构非常简单灵活，可以根据应用的需求组成不同类型的网络。
它采用星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备则作为终端节点进行通信。
这种结构使得网络的建立和维护非常方便，能够适应复杂环境中的通信需求。
另外，ZigBee还采用了分散式的时间频率分割多址（CSMA/CA）机制，用于协调网络中各个设备的通信。
这种机制能够有效减少冲突和碰撞，提高数据传输的可靠性和稳定性。
由于ZigBee技术的特点和优势，它在物联网领域得到了广泛的应用。
在家庭自动化中，ZigBee可用于实现智能家居控制系统，例如灯光控制、温度调节、安防监控等。
其低功耗和低复杂度的特点使得设备能够长时间运行，并且与其他无线设备无缝集成。
在工业自动化中，ZigBee技术也具备适应复杂环境的能力。
它可以用于监测温度、湿度、压力等参数，并将数据传输到上位机进行处理和分析。
同时，ZigBee技术的数据传输速率虽然不高，但足以满足大部分传感器网络的需求。
尽管ZigBee技术具有众多的优点，但也存在一些局限性。
由于其低数据传输速率，不适用于高带宽的应用场景。
此外，2.4GHz频段的使用会受到其他设备的干扰，造成通信质量下降。
ZigBee技术
ZigBee技术特点
(6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数
据包完整性检查功能,支持鉴权和认证， 采用 了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确 定其安全属性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应用实例
现已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业, 如智能电网、智能交通、智能 家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消 防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、 水务、煤矿、石化等领域。
ZigBee技术特点
(2)成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能
降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。 低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
ZigBee技术特点
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短, 典型的
搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设 备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于 对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输 速率, 它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续 增加。
ZigBee技术特点
(1)低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且
采用了休眠模式, 功耗低,因此ZigBee设备非常省电。 据估算, ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长 达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望 尘莫及的。
ZigBee技术的定义
简单的说, ZigBee是一种高可靠的无线数传网络, 类似于 CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。 通讯距离从标准的75m到几百米、几公里, 并且支持无限扩 展。
Zigbee技术介绍知识讲解
7.2007年10月完成再次修订(称为ZigBee2007/PRO)。能够 兼容之前的ZigBee2006版本，并且加入了ZibgeePRO部分 ，此时ZigBee联盟更加专注于以下三个方面：
的频率，在 2.4G 的频段上 具有 16 个信道，带宽为 250K。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
二、Zigbee 物理信道
• ZigBee 在 2.4G 的频段上具有 16 个信道，从
2.405GHz — 2.480GHz 间分布，信道间隔 是 5M， 具有很强的信道抗串扰能力。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
4.2004年12月ZigBee1.0标准(又称为ZigBee2004) 敲定，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。
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一、Zigbee技术简介
三、Zigbee协议的发展历史
5.2005年9月公布ZigBee1.0标准并提供下载。在这一年 里，华为技术有限公司和IBM公司加入了ZigBee联盟。 但是基于该版本的应用很少，与后面的版本也不兼容。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
一、ZigBee 频带和数据传输率
• ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频
段、欧洲的 868MHz 频 段、以及美国的 915MHz 频段，而不 同频段可使用的信道分别是 16 、 1 、 10 个；
• ZigBee 在中国采用 2.4G 的 ISM 频段，是免申请和免使用费
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zigbee应用
zigbee应用ZigBee技术是一种低功耗、近距离、低速率无线通信技术，具有低功耗、低成本、简单易用等特点，广泛应用于智能家居、物联网、能源管理、电力控制等领域。
本文将从ZigBee技术的基本原理、应用案例以及未来发展等方面进行介绍，旨在帮助读者更好地理解和了解ZigBee技术的应用。
一、ZigBee技术基本原理ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4标准的无线通信技术，使用全球2.4GHz频段，采用工作在低速率模式下的设备，适用于大范围的低功耗应用。
ZigBee技术主要包含三个基本组件：设备、协调器和网络。
设备是指采用ZigBee技术的终端设备，如传感器、开关等，用于感知环境信息，并将其通过ZigBee网络传输到协调器。
协调器是ZigBee网络的核心节点，负责组网、路由和管理网络中的设备。
它还可以与上层网络（如无线局域网）进行通信，实现设备与互联网的连接。
网络是由协调器和多个设备组成的拓扑结构，通过ZigBee协议进行通信。
ZigBee网络分为星型、网状和混合三种结构，可以根据不同应用需求选择不同的拓扑结构。
ZigBee技术通过低功耗的无线通信方式实现设备之间的数据传输。
它采用短距离通信，通信距离一般在10-100米之间，适用于室内环境。
同时，ZigBee技术在传输过程中对数据进行了优化，采用了低速率的传输模式，降低了能耗。
二、ZigBee技术应用案例1. 智能家居智能家居是ZigBee技术最常见的应用领域之一。
通过将传感器、开关、灯光等设备连接到ZigBee网络中，实现对家居环境的智能控制。
用户可以通过智能手机、平板电脑等终端设备，远程控制家居设备的开关、调光、温度等功能，提高家居的舒适度和便利性。
2. 物联网ZigBee技术也广泛应用于物联网领域。
通过将物联网设备连接到ZigBee网络中，实现对物联网设备的监测、控制和管理。
例如，智能城市中的环境监测设备可以通过ZigBee网络将环境数据传输到中心服务器，实现对环境状况的实时监测和分析。
zigbee技术
1．信道选择(channel select)； 2．信道能量监测(energy detect)； 3．空闲信道评估(clear channel assessment)： 4．无线信道收发数据(PHY Protocol Data Unit)； 5．接收包链路质量检测；
2.物理层协议规范
ZigBee采用了扩频通信技术，在2．4GHZ频 带上使用偏移正交相移键控调制法(Offset Quadrature Phase Shift Keying，OQPSK)， 而在868／915MHZ频带使用二进制移相键控 调制法(Binary Phase Shift Keying，BPSK)。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是， 紫蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传 输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便， 工作可靠，价格低的特点。 而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个 基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个 紫蜂网络 “基站”却不到1000元人民币。
ZigBee技术特点
ZigBee技术特点
（1）低功耗。ZigBee网络结点设备工作周期较短、收 发信息功率低，降低帧开销以及实行严格的功率管理 机制来降低设备的功耗，并且采用了休眠模式。 （2）传输可靠，抗干扰强。采用DSSS直接序列扩频技 术，以化整为零的方式将一个信号分为多个信号，抗 干扰性强。 ZigBee采用了载波侦听多址/冲突避免 (CSMA/CA) 的信道接入方式和完全握手协议。MAC 层采用了回复确认的数据传输机制， 提高了可靠性。 （3）低成本。由于ZigBee协议栈设计简练，因此，它 的研发成本相对较低。通信模块在2美元左右，蓝牙 模块在8美元左右。
Zigbee简介
Zigbee简介ZigBee（紫蜂）技术是一种低复杂度、低耗电、低数据传输速率、低成本、高可靠且便于组网的双向短距无线通讯技术。
早期曾被称“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，现统称为ZigBee技术。
它是基于IEEE批准通过一个无线个人区域网标准研制开发的，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee协议栈是基于IEEE802.15.4的无线网络标准的，将IEEE 802.15.4与ZigBee技术对比，IEEE802.15.4定义了物理层（PHY)和介质访问层（MAC），而ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层（NWK)和应用层（API)。
其中，PHY层主要功能是启动和关闭无线收发器、信道选择、能量监测、链路质量监测、清除信道评估以及通过物理介质对数据包进行发送和接收。
MAC层是信标管理、行道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开请求。
并且，MAC层还为应用合适的安全机制提供了一些方法。
网络层主要用于建立和维护网络连接。
它独立处理传入数据的请求、关联、解除关联和孤立通知请求。
应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应有框架模型等，以便对ZigBee技术进行开发应用。
ZigBee无线网络根据不同的需要可采用星状、串状、网状三种不同类型的网络配置，每种配置是由一个协调器（Coordinator)、多个路由器(Router)和多个终端设备节点（End device）组成。
Coordinator和Router均为实现了一组很多服务的全功能设备（Full Function Device,FFD)，终端设备可以为FFD或简化功能设备（RFD）。
一个网络配置仅有一个唯一的协调器负责与所控制的子节点通信，汇集数据和管理发布控制，路由器主要起到通信路由和网络扩展的功能。
其中Coordinator节点是发起网络的，它等待着Router和End —device节点的加入。
Zigbee技术简介
Zigbee技术简介Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。
它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。
最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。
Zigbee不仅只是802.15.4的名字。
IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。
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它节点获得。
Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分:*数据传输速率低:一般在10kbps～250kbps，传输速率低，专注于低传输应用;*功耗低: 工作状态下平局功耗在几十毫瓦，休眠状态1μw。
在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。
这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;*成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
且Zigbee协议免收专利费。
*时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;*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，同时可以灵活确定其安全属性;*网络容量大:每个Zigbee网络最多可支持255个设备（最大节点数达6万以上），也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接;*优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。
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①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。这是 ZigBee 的突出优势。
②低成本。通过大幅简化协议(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。每块芯片的价格大约为 2 美元。
MAC Layer
IEEE 802.15.4
2.4GH
PHY Layer
868/915
Silicon
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ZigBee Stack
Application
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四、 ZigBee 联盟
ZigBee 联盟是一个高速增长的非牟利业界组织, 制定网络、安全和应用软件层；提供不同产品的协调性及互通性测试规格；在世界各地推广 ZigBee 品牌并争取市场的关 注；管理技术的发展。ZigBee 联盟的主要目标是以透过加入无线网络功能，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产片。ZigBee 技术能融入各类电子产品，应用范围横跨 全球民用、商用、公用及工业用等市场。生产商终于可以利用 ZigBee 这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种产品。成员包括国际著名半导体生产 商、技术提供者、代工生产商以及最终使用者。成员正制定一个基于 IEEE802.15.4、可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。目前超过 200 家成员公司正积极进行 ZigBee 规格的制定工作。 当中包括 7 位推广委员， 半导体生产商、 无线技术供应商及代工生产商。 7 位推广委员分别为： Honeywell， Invensys， Mitsubishi， Motorola， Philips， Samsung。
二、ZigBee 技术简要
ZigBee 是一种近距离、低复杂度、低功 耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，可以嵌入各 种设备中，同时支持地理定位功能。 IEEE802.15.4 工作组定义了一种廉价的供固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。 ZigBee 联盟在制定 ZigBee 标准时， 采用了 IEEE802.15.4 作为其物理层和媒体接入层规范。 在其基础之上， ZigBee 联盟制定了数据链路层 （ DLL ） 、 网络层 （ NWK ） 和应用编程接口（ API ）规范，并负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作。它有如下特点 :
2.4GHz 物理层的较高速率主要归因于一个较好的调制方案：基于 DSSS 方法 (16 个状态 ) 的准正交调制技术。来自 PPDU 的二进制数据被依次 ( 按字节从低 到高 ) 组成 4 位二进制数据符号，每种数据符号 ( 对应 16 状态组中的一组 ) 被映射成 32 位伪噪音 CHIP ，以便传输。然后这个连续的伪噪音 CHIP 序列被调制 ( 采 用最小移位键控方式 MSK) 到载波上，即采用半正弦脉冲波形的偏移四相移相键控 (O_QPSK) 调制方式。
Ti
CC2420 / CC2520 7x7QFN48 / 5x5QFN28 2.4GHz 802.15.4_2003 2.1 ~3.6V / 1.8V~3.8V 17.4mA / 25.8mA(33.6mA) -25~0dBm / -20~0dBm(5dBm) 19.7mA / 18.5mA -94dBm / -98dBm YES / YES 1uA / 1uA 1MHz / 1MHz 32MHz 250kbps 128Bytes / 2x128Bytes YES / YES YES / YES YES / YES SPI / SPI YES / YES
868/915MHZ 物理层使用简单 DSSS 方法，每个 PPDU 数据传输位被最大长为 15 的 CHIP 序列 (m- 序列 ) 所扩展。即被多组 +1 ， -1 构成的 m- 序列编码，然 后使用二进制相移键控技术调制这个扩展的位元序列。不同的数据传输率适用于不同的场合。举例如下， 868/915MHz 物理层的低速率换取了较好的灵敏度 (-85dbm/2.4G,-92dbm/868,915MHz) 和较大的覆盖面积，从而减少了覆盖给定物理区域所需的节点数。 2.4G 物理层的较高速率适用于较高的数据吞吐量、低延 时或低作业周期的场合。
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ZigBee Stack Architecture
Applications Application Profiles Application Framework Network and Security Layers
MCU
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③低速率。ZigBee 工作在 20～250 kbps 的较低速率,分别提供 250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和 20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输 数据的应用需求。
UBEC
UZ2400 / UZ2400 Ver.D 6x6QFN48 / 6x6QFN48 (5x5QFN32) 2.4GHz 802.15.4_2003 / 2006 2.4 ~3.6V / 1.8V~3.6V 23mA / 17.3mA (3V/DC-DC) -30~0dBm / -30~0dBm(3dBm) 19mA / 15.8mA (3V/DC-DC) -95dBm / -95dBm YES / YES 2uA / 1uA 5MHz / 1MHz 20MHz / 32MHz 250~625kbps / 250k~2Mbps 2x128Bytes / 2x128Bytes YES / YES YES / YES YES / YES SPI+I2C / SPI+I2C YES / YES
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◆物理层 IEEE 802.15.4 提供两种物理层的选择 (868/915 MHz 和 2.4GHz) ，物理层与 MAC 层的协作扩大了网络应用的范畴。这两种物理层都采用直接序列扩频 (DSSS) 技术，降低数字集成电路的成本，并且都使用相同的包结构，以便低作业周期、低功耗地运作。 2.4G 物理层的数据传输率为 250kb/s,868/915MHz 物理 层的数据传输率分别是 20 kbps 、 40 kbps 。麓源电子科技有限公司第页Lustech
◆介质访问层
IEEE 802.15.4 MAC 层的特征是：联合 ，分离，确认帧传递，通道访问机制， 帧确认，保证时隙管理，和信令管理。MAC 子层提供两个服务与高层联系， 即通过两个服务访问点 (SAP) 访问高层。通过 MAC 通用部分子层 SAP(MCPS-SAP) 访问 MAC 数据服务 , 用 MAC 层管理实体 SAP(MLME-SAP) 访问 MAC 管理服 务。这两个服务为网络层和物理层提供了一个接口。
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五、ZigBee 技术参数比较
Uniband Electronic Corp.
IEEE802.15.4 RFIC 比较表
公司
产品 封装 频率 IEEE 标准 电压 发射电流 输出功率 接受电流 灵敏度 信号强度指示 休眠电流 频道 时钟 速率 数据包 CSMA/CA 自动CRC AES 128 接口 射频开关
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. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和 868 MHz(欧洲) 。
三、IEEE 802.15.4 标准及其技术特点
IEEE802.15.4 工作组定义了一种廉价的供固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。它包括物理层、介质访问层、网络层和高 层。
④近距离。传输范围一般介于 10～100 m 之间,在增加 RF 发射功率后,亦可增加到 1～3 km。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 15 ms ,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。
Atmel
AT86RF231 5x5QFN32 2.4GHz 802.15.4_2003 1.8 ~ 3.6V 14.3mA -20dBm ~ 0dBm 13.2mA -101dBm No 0.02uA 5MHz 16MHz 250kbps 128Bytes YES YES YES SPI YES
灵活的 MAC 帧结构适应了不同的应用及网络拓扑的需要，同时也保证了协议的简洁。 MAC 帧的通用格式如图 2 所示。
帧控制说明了如何看待帧的其余部分及它们包含什么。序列号是传输数据帧及确认帧的序号。仅当确认帧的序列号与上次数据传输帧的序列号一致时，才 能判定数据传输业务成功。帧校验序列是 16 位循环冗余校验。净荷 (payload) 是 MAC 帧要承载的上层数据。它的字段长度可变。
OKI
ML7065 7x7QFN48 2.4GHz 802.15.4_2003 2.0 ~ 2.75V 56mA -20 ~ 0dBm 57mA -90dBm No 2uA 5MHz 10MHz 250kbps YES No YES SPI YES
Freescale
MC13202/3 5x5QFN32 2.4GHz 802.15.4_2003 2.0 ~ 3.4V 30mA -27~0dBm 37mA -92dBm No / No 1uA 5MHz 16MHz 250kbps No / No YES / YES YES / YES SPI / SPI No / No