物联网--Zigbee协议(一):Zigbee初识

物联网--Zigbee协议

  • 前言
  • 一、Zigbee初识
    • 什么是物联网?
    • 什么是Zigbee?
  • 二、Zigbee协议的基础知识
    • Zigbee三种设备类型
    • Zigbee三种网络拓扑结构
    • Zigbee工作频段
  • 三、Zigbee协议架构
  • 总结


前言

最近在学习Zigbee的相关知识,发现网上、论坛找到的知识都比较零碎,花费了大量的无效重复的时间,遂打算将我自己系统整理的内容发出来,希望能让同在学习Zigbee的童鞋们提高效率,同时也记录我自己的学习过程。


一、Zigbee初识

在学习Zigbee的相关知识之前,我们先来了解一下以下概念。

什么是物联网?

物联网指的是全球数十亿的物理设备都连接到了互联网上,都可以进行数据的收集与共享。将这些不同的物体连接起来,并给它们添加传感器,使原本笨笨的设备增加一个数字智能的层次,使它们能够在不涉及人类的情况下进行实时数据通信。

什么是Zigbee?

在物联网中,设备的通信存在两类协议。

  • 第一类协议是传输协议:负责设备间的组网及通信。这类协议包括:Zigbee、WiFi、蓝牙、Lora等。
  • 第二类协议是通信协议,负责通过传统互联网与服务器、APP或设备进行数据交换,包括HTTP,MQTT,websocket等。

Zigbee,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

二、Zigbee协议的基础知识

Zigbee三种设备类型

  • Zigbee协调器(Coordinator):上电启动和配置网络,一旦完成后相当于路由器功能。每个Zigbee网络必须有一个。

  • Zigbee路由器(Router):允许其他设备接入、协助子节点通信、座机座位终端节点应用。

  • Zigbee终端设备(End-device):向路由节点传递数据、没有路由功能、低功耗(终端节点一般使用电池供电、Zigbee的低功耗主要体现在这里)、可选择休眠与唤醒。
    物联网--Zigbee协议(一):Zigbee初识_第1张图片

Zigbee三种网络拓扑结构

  • 星状(star):Zigbee星状网络在三种网络拓扑结构中属于最为简单的一种。包含一个协调器和若干个路由器和终端组成;
    该结构网络中,每个附属节点只能与中心节点通信,两个附属节点之间通信必须经过中心节点进行数据转发。所以效率和可靠性都会比较低。其网络拓扑结构如下图所示:
    物联网--Zigbee协议(一):Zigbee初识_第2张图片
  • 树状(tree):Zigbee树状网络包含一个协调器,若干个路由器和终端组成,Zigbee树状网络可以看做多个星状结构组成,每个子设备只能与其父节点通信,最高级的父节点为协调器。 在树状网络中,协调器负责整个网络搭建起来,路由器作为承接点,将网络以树状向外扩散。节点与节点之间通过中间的路由器形成“多跳通信”。与星状网络相比,树状网络在容量以及健壮性上有了大幅度提高。其网络拓扑结构如下图所示:
    物联网--Zigbee协议(一):Zigbee初识_第3张图片
  • 网状(mesh):Zigbee网状网络是建立在Zigbee树状网络结构上,在Zigbee网状网络中,除了满足Zigbee树状网络的所有功能之外,其相邻路由器之间可以直接通信,不需要经过其他节点进行数据转发,使得网络的动态分布更为灵活,路由能力更加稳定,可靠。充分发挥出Zigbee 网络的自组织优势。其网络拓扑结构如下图所示:
    物联网--Zigbee协议(一):Zigbee初识_第4张图片

Zigbee工作频段

由于zigbee底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的,所以其工作频段即为802.15.4标准的工作频段,分别有868MHz(欧洲)、915MHz(美国流行)、2.4GHz频段(全球流行)3个频段:
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三、Zigbee协议架构

Zigbee协议的架构可以分为四层:

  • 物理层(PHY)

  • 媒体访问控制层(MAC)

  • 网络层(NWK)

  • 应用层(APS)

一部分是IEEE802.15.4定义的物理层和MAC层技术规范;
另一部分是Zigbee联盟在IEEE802.15.4基础上对其网络层协议和应用层定义的技术规范;
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总结

以上就是本文的内容,仅仅简单介绍了Zigbee的背景知识,后续会继续系统更新一些有关Zigbee的内容。

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