ZigBee基础
Zigbee技術
Zigbee由Zigbee聯盟制定的無線網絡協議，在IEEE 802.15.4標準的基礎上設計，是一種自愈、安全和穩健的網狀網協議，可擴展到更大范圍內的數百個節點。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用，核心市場包括消費類電子產品、能源管理和效率、醫療保健、家庭自動化、電信服務、樓宇自動化以及工業自動化等。
1）Zigbee工作頻段
ZigBee工作在三種頻段上，分別是用于歐洲的868MHz頻段，用于美國的915MHz頻段，以及全球通用的2.4GHz頻段，它們各自的信道帶寬分別是0.6MHz，2MHz和5MHz，分別有1個，10個和16個信道。Zigbee的數據速率并不高，對于2.4GHz頻段只有250kb/s，而868MHz頻段只有20kb/s，915MHz頻段只有40kb/s。
目前國內Zigbee技術主要采用2.4GH頻段。
2）Zigbee組網
Zigbee網絡節點一般有三種，分別為協調器或中心節點（Coordinator）、路由節點(Router)、終端節點(End Device)。
中心節點：又指網絡協調器，它包含所有的網絡消息，是3種設備類型中最復雜的一種，發送網絡信標、建立和維護一個網絡、管理網絡節點、尋找一對節點間的路由消息、不斷地接收信息。即使Coordinator掉電，Router仍然在保持網絡，所以Router與Router之間仍然能夠通訊，當有新的節點加入時，仍然能夠通過現有的Router組建網絡，加入網絡。
路由節點：可以擔任網絡協調者，維護整個網絡的正常運行，形成網絡，讓其它的路由或者終端連接，起到數據的轉發功能和自動尋找最捷徑的路由表。也可用作終端設備，兼轉發和終端功能。
終端節點：用有限的功能來控制成本和復雜性，網絡中通常用作終端設備。通常定義為電池供電設備，可周期性喚醒并執行設定的任務，End Device周期性醒來時，問自己的父節點是否有傳輸給自己的數據，并執行設定的任務。具有低功耗特征。
雖然Zigbee網絡中有三種類型節點，但每個節點的物理特性都是相同，僅僅是軟件配置不同從而控制節點類型。
一個Zigbee網絡中有且只能有一個中心節點，企業接入網關在Zigbee網絡中充當中心節點，完成Zigbee網絡管理和Zigbee數據與其他網絡（如Internet）數據交互功能。
企業接入網關通過USB或UART接口連接Zigbee模塊（內置Zigbee協議棧），實現對Zigbee協議支持。Zigbee模塊通過USB連接企業網關時，Zigbee模塊（或USB接口）被虛擬為一個COM口，網關通過讀寫COM口完成對Zigbee數據的收發。
Zigbee應用
1．同一個Zigbee網絡內，所有節點必須具有相同的頻道及PAN ID（網絡ID）。
2. Zigbee網絡是MESH結構網絡（網狀網），最大特點是自動路由及動態維護路由。
3. 在Zigbee協議內部，用戶的96個字節為一個數據幀，最大發送數據包為269個字節，在Zigbee內部會分成3個數據幀，到達目標模塊后，先還原成原始數據再從串口輸出。所以，用戶每次發送的數據包如果少于96字節，會獲得最好的性能。
4. ZigBee 是基于 IEEE 802.15.4 定義的 MAC 層和物理層，在 IEEE 802.15.4 規范中定義 3 個工作頻段 2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)和 915 MHz(美國)，它們分別具有最高 250kbit/s、 40kbit/s和 20kbit/s的傳輸速率。在這三個頻段上一共有27個可選擇工作信道，其中在 2.4GHz 上有 16 個信道，在 915MHz 上有 10 個信道，在 868MHz 上有 1 個信道。國內 ZigBee 產品 工作在 2.4GHz 的頻段上，可以有 16 個信道選擇。在 AT 命令模式，可通過“AT+CHA=N”,其中 N=11-26，配置信道。推薦使用 15，20，25，26 信道，可減少同頻段上 wifi 的干擾。
5.Zigbee透明傳輸指發送端發出的內容與接收端收到的內容完全一致。一般情況下，透明傳輸僅支持Coordinator與Router，或Coordinator與End Device間傳輸。因為廣播僅適用于協調器。
主發從：廣播，在Zigbee網絡中，Coordinator發送的數據，同網絡的所有Router和End Device都將收到相同的數據。
從發主：僅主收到，從網絡中的某個Router或End Device發送數據，只有Coordinator收到相同數據。
6. 點對點傳輸指發送端在已知對方地址的情況下按照指定的格式將數據發送給同網絡內其他某個節點（或在未知地址的情況下廣播發送）。點對點傳輸支持網絡內的任意節點間的數據傳輸。一般自定義協議格式。
7．Zigbee網絡一般配置參數
|
配置信息 |
參數范圍 |
功能說明 |
|
節點類型 |
0-2 |
0：Coordinator，1：Router，2：End Device |
|
PanID |
0x0000~0xFFFF |
Zigbee局域網ID，節點用于判斷自身所屬網絡的標識。 可互相通信的節點PanID必須相同。且必須保證同一工作區域內的相鄰網絡PanID不同。 |
|
信道 |
11-26 |
Zigbee的2.4G提供16個物理信道，必須在同一信道節點才可能互相通信。在同一工作區域內的相鄰網絡，建議使用不同的通道，以避免相互干擾導致通信效率降低。 推薦使用 15，20，25，26 信道，可減少同頻段上 wifi 的干擾。 |
|
設備地址 |
0x0000~0xFFFF |
透明傳輸時不用設置。 |
Zigbee市場方案
Zigbee網絡中各個節點的物理特性相同，即每個節點可通過軟件配置為任意節點類型。
目前市場上的Zigbee方案可分為兩類：一是基于Zigbee芯片直接開發，包含硬件和軟件協議棧（一般芯片廠商直接提供協議棧），市面上應用較多的芯片包括TI的CC2530和CC260，NXP的JN5168等；二是直接采用Zigbee透傳模塊，模塊內置協議棧，只需要滿足模塊硬件要求即可保證數據透明傳輸。相較于基于芯片開發，顯然基于模塊開發更簡單可行（規避了芯片電路設計陷阱和軟件協議棧的設計）。本次企業網關開發直接選用內置Zigbee協議棧的模塊進行開發。
Zigbee數據量少且速度不高，芯片或模塊外置姐接口以UART居多，對企業網關UART接口不易連接且數量有限，選用外置USB接口的Zigbee模塊方案更為合適。
不同廠商zigbee方案
TI SimpleLink MCUs
TI提供分別對Zigbee三代協議支持的芯片CC243x，CC253x和CC26x2/CC13x2。
NXP Zigbee方案
NXP提供JN 516x和JN517x兩類Zigbee芯片，突出特點為超低功耗。支持Zigbee3.0協議支持。
小米的多功能網關采用的是基于NXP的JN5168芯片方案，參考：從小米智能套裝分析同為2.4G的ZigBee與Wi-Fi如何相容。
ZLG開發了FastZigbee協議，采用JN5168芯片方案。FastZigbee采用全透明傳輸方式，透明傳輸：即發送方和接收方數據的長度和內容完全一致，相當于一段無形的傳輸線。透明傳輸的優勢在于，用戶可以在這個基礎上，創建自己需要的協議格式，使用戶不局限于固定使用第三方協議。
參考：
通俗易懂介紹一下ZigBee的特性
ZigBee是如何組網的？
zigbee概述 幾種無線通信技術性能比較
What is ZigBee?
https://www.zigbee.org/what-is-zigbee/
LoRa與ZigBee有什么區別？ 舜為互聯
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w5003-16306285895.4.fed839d2RXTYj5&id=552637896279&scene=taobao_shop
http://www.dtkcn.com/download.html
http://feibit.com/wangguanmokuai/mokuai-478.html
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-2601654064.13.7b6f3dddn9ygQB&id=39330273113
http://www.four-faith.com/html/procenter/zigbee/
http://www.kelanelec.com/
總結
- 上一篇： 【AtCoder】AGC017
- 下一篇： Netty实现简单HTTP代理服务器