zigbee基础知识学习

一、Zigbee简介
近年来，由于无线接入技术的需求日益增大，无线通信和无线网络均呈现出指数增加的趋势。
这有力的推动力无线通信向高速通信方向的发展。
然而，工业、农业、车载电子系统、 家用网络、医疗传感器和伺服执行机构等都是无线通信还未涉足或者刚刚涉足的领域。
这些 领域对数据吞吐量的要求很低，功率消耗也比现有标准提供的功率消耗低。
此外，为了促使 简单方便的、可以随意使用的无线装置大量涌现，需要在未来的个人活动空间内布置大量的 无线接入点，因而低廉的价格将起到关键的作用。
为了降低元器件的价格，以便于这些装置 批量生产，有必要发展出一个标准的解决方案。
这个标准要解决的问题是，设计一个维持最 小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机；要考虑的核心问题是低功耗和低价格的设 计。
这就要求该标准应提供低带宽低数据传输速率的应用。
2. ZigBee和IEEE 802.15.4的关系
IEEE 802.15.4标准的优点
A：低功耗
B：低价格
C：低数据传输率 IEEE 802.15.4
标准制定小组的任务
A：物理层 (DSSS)：数据的调制发送和接收解调，介质选择，信道选择。
B：MAC 层 (CSMA/CA)：产生网络信标，支持设备的安全性等
3.zigbee网络协议的规范
ZigBee 是建立在 IEEE 802.15.4 标准之上，由于 IEEE 802.15.4标准只定义了 物理层协议和MAC 层协议， 于是成立了 zigbee 联盟， ZigBee 联盟对其网络层协 议和 API 进行了标准化，还 开发了安全层。经过ZigBee 联盟对 IEEE 802.15.4 的改 进，这才真正形成了ZigBee 协议栈(Zstack)。
4. ZigBee的特点
数据传输速率低：10KB/秒~250KB /秒，
专注于低传输应用 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月
成本低：ZigBee 数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本 网络容量大：网络可容纳 65,000 个设备

4. ZigBee 无线网络通信信道分析
天线对于无线通信系统来说至关重要，在日常生活中可以看到各式各样的天线，如手机 天线、电视接收天线等，天线的主要功能可以概括为:完成无线电波的发射与接收。发射时， 把高频电流转换为电磁波发射出去；接收时，将电磁波转换为高频电流。
如何区分不同的电波呢？ 一般情况，不同的电波具有不同的频谱，无线通信系统的频谱有几十兆赫兹到几千兆赫 兹，包括了收音机、手机、卫星电视等使用的波段，这些电波都使用空气作为传输介质来传 播，为了防止不同的应用之间相互干扰，就需要对无线通信系统的通信信道进行必要的管理。
各个国家都有自己的无线管理结构，如美国的联邦通信委员会（FCC）、欧洲的典型标准委 员会（ETSI）。我国的无线电管理机构为中国无线电管理委员会，其主要职责是负责无线电 频率的划分、分配与指配、卫星轨道位置协调和管理、无线电监测、检测、干扰查处，协调 处理电磁干扰事宜和维护空中电波秩序等。
一般情况，使用某一特定的频段需要得到无限电管理部门的许可，当然，各国的无线电 管理部门也规定了一部分频段是对公众开放的，不需要许可使用，以满足不同的应用需求， 这些频段包括ISM（Industrial、Scientific and Medical——工业、科学和医疗）频带。
除了 ISM 频带外，在我国，低于 135KHz，在北美、日本等地，低于 400KHz 的频带也是 免费频段。各国对无线电频谱的管理不仅规定了 ISM 频带的频率，同时也规定了在这些频 带上所使用的发射功率，在项目开发过程中，需要查阅相关的手册，如我国信息产业部发布 的《微功率（短距离）无线电设备管理规定》。
IEEE 802.15.4（ZigBee）工作在 ISM 频带，定义了两个频段，2.4GHz 频段和 896/915MHz频带。
在IEEE 802.15.4中共规定了27个信道：
  在2.4GHz频段，共有16个信道，信道通信速率为250kbps；
  在915MHz频段，共有10个信道，信道通信速率为40kbps；
  在896MHz频段，有1个信道，信道通信速率为20kbps；


5. ZigBee的网络拓扑模型
ZigBee网络拓扑结构主要有星形网络和网型网络。不同的网络拓扑对应于不同的应用 领域，在ZigBee无线网络中，不同的网络拓扑结构对网络节点的配置也不同，网络节点的 类型：协调器、路由器和终端节点，具体配置根据需要决定，具体内容会在后面章节中进行 讲解，在此，读者只需要对网络拓扑结构有个概念性的认识即可。

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。
6. ZigBee应用范围
ZigBee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。