本文介绍了Zigbee技术的概念、Zigbee标准的体系结构以及Zigbee技术的应用。本文的目的是简要概述ZigbeTechnology及其网络拓扑。

无线技术和网络标准为我们提供了一种非常方便的信息交换方式。在无线通信技术领域有着蓬勃的发展，您可能已经看到了不同的技术，如WiFi、蓝牙、移动通信(蜂窝网络)、RFID、NFC和WiMAX。

你好，兹比科技！

那么，Zigbee技术适合于现有的无线技术池吗？ZigbeeWirelessTechnology适用于一个没有被其他技术完全填满的市场。

例如，WiFi和蓝牙等其他无线技术正在努力加快速度，增加更多功能，提供高清晰度内容流，并运行数小时。相比之下，ZigbeTechnology是专为低数据速率而设计的，适合于一个小的堆栈，控制像LED或恒温器这样简单的设备并运行数年。

尽管Zigbee技术有许多应用，如家庭自动化和军事应用，但Zigbee技术所针对的主要类别称为无线传感器网络(WirelessSensorNetwork)或无线传感器网络(WSN)。

无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是一种集收集、存储和处理环境信息并与相邻网络进行通信的无线传感器网络。稍后将更多地介绍WSN。

无线传感器网络很少有低功耗、低成本的独特需求，Zigbee技术借助低数据速率这一约束条件实现了这些需求。

什么是ZigbeTechnology？

ZigBee技术是一种无线通信标准，它定义了一套用于低数据速率、短程到中程无线网络设备(如传感器和控制网络)的协议。

ZigbeTechnology的目标是低成本、低功耗、电池操作的无线传感器，不需要不断更新其状态，也可以为其电子和无线电提供睡眠模式或低功耗模式。

ZigBee技术基于IEEE802.15.4标准，Zigbee设备在未经许可的2.4 GHz ISM频段(ISM-工业、科学和医疗)中工作。

虽然2.4GHz频段在世界范围内普遍用于商用Zigbee设备，但在中国、欧洲和美国(和澳大利亚)也有使用不同频带的设备，如784 MHz、868 MHz和915 MHz。

由于我们从一开始就在讨论ZigbeTechnology的低数据速率，让我们来看看Zigbee支持的数据速率。ZigbeTechnology的数据速率取决于频带。例如，868 MHz频带支持20 kbps的数据传输速率，而更常见的2.4 GHz频带支持高达250 kbps的数据速率。

在深入研究ZigbeTechnology之前，让我们先来看看Zigbee的两个应用程序，在那里可以使用Zigbee。其中一个应用是家庭内的病人监控，病人戴着Zigbee设备，定期收集血压和心率等信息。

然后无线传输这些数据到患者家中的本地服务器(本地服务器--就像PC)。本地服务器进行基本分析，并通过互联网将重要信息发送给医生。

Zigbee的另一个应用是建筑物的结构健康监测。这一应用在地震多发地区是非常有用的。在整个建造过程中，安装了几个基于Zigbee的无线传感器，如加速度计。

这些传感器构成一个无线传感器网络，收集信息，可以用来检测损坏的迹象，并评估建筑物是否对公众是安全的。

为什么Zigbee的数据率很低？

当其他无线技术如WiFi和蓝牙致力于提供高速数据传输时，为什么Zigbee标准中的数据传输速率很低呢？答案很简单。

Zigbee技术的发展背后的意图是将其应用于无线监控。这些应用程序中的信息量和通信频率都很低。

尽管IEEE 802.15.4网络有可能实现更高的数据速率，但基于IEEE802.15.4的Zigbee技术并不是这样设计的。

ZigBee和IEEE802.15.4是不一样的。

是。你读对了。IEEE802.15.4是IEEE802.15.4的一个技术标准，由IEEE 802.15工作组定义和维护，它定义了低数据速率WPAN(无线个人局域网)的操作。

另一方面，ZigBee是一种网络协议，仅由ZigbeAlliance设计、开发和维护，使用IEEE802.15.4的物理层和MAC层。基于IEEE802.15.4的网络协议有MiWi、SNAP、WirelessHart等。

ZigBee与蓝牙和IEEE 802.11

比较ieee 802.11，蓝牙和ZigbeTechnologies将帮助您理解ZigbeTechnology与在2.4GHz频段内工作的其他无线技术是如何不同的。

注：在IEEE802.11中有许多协议，但是我们将考虑IEEE802.11b，因为它工作在2.4GHz频段。

ieee 802.11的数据速率可高达11 Mbps，该协议的典型应用是无线互联网连接。IEEE802.11b的范围为室内35米，室外约100米。

蓝牙技术是一种非常著名的无线通信技术，也是最常用的无线通信技术之一。蓝牙的流行应用是无线耳机。

蓝牙的数据速率低于ieee 802.11，小于3 Mbps。蓝牙的室内范围小于10米。

ZigbeTechnology的数据速率为250 kbps，是三种技术中最低的，典型范围在10米到100米之间。

ZigBee建筑

虽然理解ZigbeStandard的架构是一个很好的想法，但这并不是本文的目的。即使如此，我们也会看看ZigbeArchitecture，也就是通常被称为ZigbeStack的建筑。

下图说明了ZigbeStack体系结构。物理层和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。在此基础上，ZigbeAlliance提供了网络层(NWK)和应用层框架。

应用支持(APS)子层、ZigbeDeviceObjects(ZDO)和制造商的应用对象都是应用框架的一部分，该框架由Zigbee联盟控制。

如果您查看上面图片中的ZigbeStack，它并不完全适合OSI网络模型。ZigbeStack以PHY、MAC和NWK的形式存在物理层、数据链层和网络层三层。

最后四个层，即传输层、会话层、表示层和应用层，都包含在应用支持子层(APS)和ZigbeeDeviceObject(ZDO)中。

在ZigbeStack的层之间，有服务访问点(ServiceAccessPoint，SAPS)，它将一个层的工作与它上面和下面的层隔离开来。现在我们将看到ZigbeArchitecture中的各个层次。

物理层

如前所述，最低的两个层，即PHY和MAC是由IEEE802.15.4规范定义的。物理层是最近的硬件，它直接控制和通讯的Zigbee收音机。在接收期间，物理层将数据包转换成空中比特以进行传输，反之亦然。

Mac层

MAC层负责物理层和NWK层之间的接口。MAC层还负责通过信标请求提供PAN ID和网络发现。

网络(NWK)层

网络层(NWK)充当MAC层和应用层之间的接口。它还负责Mesh网络(网络形成和路由)。除了上述任务外，NWK层还为ZigbeNetworks提供了安全性，即对NWK帧中的整个数据进行加密。

应用层

ZigbeStack中的应用层是最高的协议层，它由应用支持(APS)子层和Zigbee设备对象(ZDO)组成。它包含制造商定义的应用程序。APS子层负责发现和绑定服务.

ZigBee设备对象(ZDO)查看网络的本地和空中管理.应用框架由控制和管理Zigbee设备中的协议层的应用程序对象组成。应用程序框架可以包含多达240个应用程序对象。

ZigBee器件

IEEE802.15.4规范定义了两种类型的设备：FFD或全功能设备和RFD或缩减功能设备。一个FFD设备可以做到这一切。它可以执行IEEE802.15.4标准中描述的所有任务，并且可以在网络中承担任何角色。

顾名思义，RFD设备的功能有限。RFD设备执行的任务数量有限。

FFD设备可以与网络中的任何设备通信，它必须在网络中主动并始终侦听。RFD设备只能与FFD设备通信，用于简单的应用程序，如打开或关闭开关。

IEEE802.15.4网络中的FFD和RFD设备可以扮演三种不同的角色：协调器、泛协调器和设备。协调器和PAN协调器是FFD设备，设备可以是FFD设备，也可以是RFD设备。

协调器能够中继消息，PAN协调员是个人区域网络(PAN)中的主控制器，如果设备不是协调器，则简单地称为设备。

基于IEEE802.15.4规范中FFD和RFD设备和协调器、PAN协调器和设备的概念，Zigbee标准创建了三个Zigbee协议设备。他们是

• 齐格比协调员
• 齐格比路由器和
• ZigbeeEnd装置

ZigBee协调员

Zigbee协调员是IEEE 802.15.4网络(FFD设备)中的PAN协调员，它负责网络的形成。在建立网络之后，为允许加入网络的设备分配网络地址。它还在终端设备之间路由消息。

ZigBee路由器

Zigbee路由器是IEEE802.15.4协调器(FFD设备)，它支持Zigbee网络的范围。借助Zigbee路由器，可以将更多的设备添加到网络中。Zigbee路由器有时可以充当Zigbee终端设备。

ZigBee末端装置

Zigbee终端设备既不是Zigbee协调员，也不是Zigbee路由器。Zig蜜蜂终端设备在物理上与传感器接口或执行控制操作。它可以是FFD，也可以是RFD，这取决于应用程序。

ZigBee网络拓扑

ZigbeStack中的Zigbee网络层负责网络的形成。Zigbee网络拓扑有三种：星型、簇树和网格。这三种Zigbee拓扑属于IEEE802.15.4中提到的两种网络拓扑之一，即星型拓扑和对等拓扑。

星拓扑

在星空网络配置中，有一个协调员和任意数量的终端设备。所有的终端设备都连接到协调器上，各个终端设备在物理上和电上都是隔离的，即没有终端设备之间的直接通信。

所有信息都必须通过协调员传递，甚至是从一个终端设备到另一个终端设备的信息。

聚类树拓扑

集群树拓扑是一种对等拓扑.在Zigbee集群树拓扑中，终端设备通过协调器或路由器加入网络。由于Zigbee路由器扩展了Zigbee网络的范围，终端设备不需要在协调员的范围内。

即使在树拓扑中，终端设备不能直接通信，但路由器可以与其他路由器和协调器通信。

网格拓扑

ZigbeMesh拓扑也是对等拓扑，是集群树拓扑的扩展。配置为FFD的终端设备可以直接与其他FFD设备(路由器或终端设备)通信。但终端设备配置为RFD，仍然需要通过路由器或协调器进行通信。

Zigbee技术的应用

ZigBee网络和Zig蜜蜂技术有广泛的应用，如家庭自动化，医疗保健和材料跟踪。让我们来看看ZigbeTechnology的几个应用，ZigbeDevice可以提高效率和降低成本。