ZigBee是一种近距离的无线网络技术,具有低速率、低功耗、高可靠、自组网、低成本、低复杂度、超视距等特点。主要适用于远程控制和自动控制等领域及各种嵌入式设备。近年来,随着物联网的兴起,ZigBee技术凭借其低功耗,低成本,自组织,高可靠性等特点在物联网型智能家居,工业监测和健康保健等领域具有广泛的应用前景。由于ZigBee网络拓扑的多样性和不对称性,导致诸如协调器,路由器等核心节点的功耗随着网络节点数量的增加而增加,如何设计休眠机制,使得网络节点功耗均衡,从而获得更长的网络生存周期;如果优化密钥管理机制,快速获取通信链接密钥;如何实现数据的高效分段转发机制及相应的反馈重传机制以适应较大数据量的高效、可靠传输等都是ZigBee网络应用发展亟需解决的新问题。本论文针对以上问题,结合Microchip公司MRF24J40 MC收发器模块进行了研究和实际组网验证。论文的主要工作和创新包括:1.设计并实现了一种空闲广播休眠机制。路由器在无数据收发时向协调器发送休眠请求,协调器在收到休眠请求后发送广播休眠命令帧通知路由器休眠,然后由看门狗定时器对全网设备进行走时唤醒,从而实现了全网的同步休眠。通过分别测试在采用和未采用空闲广播休眠机制的ZigBee网络中,协调器与路由器之间等量数据传输的功耗情况,分析了空闲广播休眠机制对网络节点功耗均衡的影响。2.提出了一种通信链接密钥获取流程优化方案。针对协议中接收端无法做到和发送端同时向信任中心发送链接密钥请求的情况,利用信任中心主动向接收端获取链接密钥请求的方式实现了基于加密的数据通信,并结合路由发现过程,对该协议流程进行了优化,最后通过对比在特定网络场景下优化前后链接密钥获取流程的通信时延,验证了协议优化后的加密通信 延性能的优势。3.提出了一种高效分段数据转发机制及相应的反馈重传机制。针对ZigBee协议物理层对数据帧格式的限制:如果需要发送的数据包大小超过限制,则无法完整发包的问题,采用自定义分段数据转发机制,在数据传输过程中,针对各种异常情况,设计了相应的反馈重传机制以保证分段数据的高效、可靠地传输。通过试验验证表明,本文提出的分段数据转发机制及相应的反馈重传机制与标准协议栈的分段数据转发机制和反馈重传机制相比,在较好的信道情况下可获得较低的通信时延。上面研究内容和改进方案通过Microchip公司MRF24J40 MC收发器模块组网验证,试验结果表明所提出的ZigBee新型数据传输机制在网络节点功耗均衡,链接密钥快速获取,分段数据转发及反馈重传机制方面可以有效提升系统性能。