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。

    • 物联网多协议 物联网协议zigbee_网络

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：
  • 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：
  • 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：

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：

物联网多协议 物联网协议zigbee_物联网_02

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；

物联网多协议 物联网协议zigbee_网络_03

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。