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zigbee模块的无线通信协议标准简介

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ZigBee模块或ZigBee/IEEE 802.15.4协议是为无线网络创建的规范。它具有高可靠性、低成本、低功耗、可扩展性和低数据速率的 WSN(无线传感器网络)的硬件和软件标准设计。ZigBee自组网数字无线电网络是在1990年提出来的,但是IEEE 802.15.4-2003和ZigBee通信协议标准在 2004 年 12 月 14 日正式上线。半年后,ZigBee联盟就推出子怪不得1.0通信协议标准。

WSN 由廉价的无线传感器组成,这些传感器能够收集、存储、处理环境信息并与相邻节点通信。例如,在家中的 WSN 可用于灯光控制、暖通空调 (HVAC)、安全监控和紧急事件检测。并且对于工业控制可以用来改进当前的制造控制系统,检测不稳定的情况,控制生产流水线等等。

ZigBee技术提供超低消耗和效率(得益于可适应的占空比、低速率和低覆盖无线电),并为 WPN 启用大规模网络,使其成为用于此目的的最方便的标准之一。

ZigBee协议联盟

ZigBee联盟为了解决IEEE 802.15.4/ZigBee 协议栈的互操作性问题。会员分为三个级别:采用者、参与者和发起者。

采用者:提供获得最终批准的规范、使用 Zigbee 会员徽标、参与互操作性活动、研讨会和开发者会议的权限。

参与者:提供所有联盟委员会、工作/任务组和成员会议的全面参与。参与者在工作组中获得投票权,并可以及早访问所有 Zigbee 联盟正在开发的标准和规范。

发起人:提供所有工作组的自动投票权、所有标准的最终批准权以及联盟董事会的席位。

IEEE 802.15.4 通信协议标准

2003年,IEEE802.15.4通信标准基本上是为低速率无线个人区域网络(LR-WPAN)指定物理和数据链路层协议,LR-WPAN 中的设备可分为全功能设备(FFD) 和缩减功能设备(RFD )。一台设备被指定为 PAN 协调器,负责维护网络和管理其他设备。

它还定义了两种类型的网络拓扑:星型拓扑和对等拓扑。星形模式是结构化的,其中网络的协调者必然是中心节点。对等网络可以形成任意的连接模式,并且它们的扩展受到每对节点之间的距离的限制。zigbee协议在欧洲的 868 MHz、美国和澳大利亚的 916 MHz 和全球的 2400 MHz 频道上运行,且还增加了一些其他频道。

物理层 (PHY)

是提供数据传输能力的层。为设备定义了三种不同的状态:传输、接收和睡眠。这允许设备在定义占空比且设备休眠时节省能源。它还表征了链路接收信号的链路质量/强度——链路质量指示 (LQI)。

数据链路层

是负责网络节点之间数据传输的层。它在 MAC 子层上介绍了超帧结构。超帧由网络协调器发送的两个信标之间的时间定义。超帧可以分为活动期和非活动期,这与睡眠状态一起允许在非活动期节省能量。

信标还用于与其他设备同步、宣布 PAN 的存在以及通知协调器中的待处理数据。


zigbee协议

ZigBee协议在前两层使用 IEEE 802.15.4 标准,并在其之上添加了网络和安全以及框架协议。网络层在设备之间提供可靠和安全的传输。

zigbee协议定义了三种类型的设备:

ZigBee Coordinator:负责初始化、维护和控制网络。每个网络只有一个

ZigBee 路由器:连接协调器或其他路由器。它可以有零个或多个子节点。参与多跳路由

ZigBee 终端设备:不参与路由

zigbee协议还定义了三种类型的网络拓扑:星形网络拓扑、树形网络拓扑和网状网络拓

在星形拓扑中不存在 ZigBee 路由器。只有一个 ZigBee 协调器和零个或多个 ZigBee 终端设备。在树或簇树的情况下,ZigBee 协调器和 ZigBee 路由器的拓扑结构可以宣布信标。ZigBee 路由器可以定义每个集群的动态占空比,允许设备进入睡眠状态,而不是依赖于 ZigBee 协调器,而是依赖于更接近的 ZigBee 路由器。该设备将选择一个时隙并发送其信标以避免冲突。它还支持保证带宽 (GTS)。最后在网状拓扑中没有同步,因此没有信标启用模式,这意味着 ZigBee 协调器和 ZigBee 路由器必须始终开启。并且由于网络的动态性,没有带宽保证。


zigbee3.0协议最新版本


ZigBee3.0通信协议版本中,有几个新功能和改进。比如主要的是支持两种安全模型,集中式安全网络和分布式安全网络。

在集中式安全网络中,只有 ZigBee 协调器或信任中心可以启动集中式网络,当节点加入时,它会接收网络密钥并建立唯一的 TCLK。

在分布式安全网络中,没有中央节点或信任中心,每个路由器都可以自己启动分布式网络。当一个节点加入网络时,它只接收网络密钥。

zigbee3.0协议版本中纳入了以下新规范:

1、ZigBee Pro 2015;

2、基本设备行为;

3、绿能基本代理;

4、ZigBee集群库 (Rev. 6);

5、ZigBee应用架构;

6、ZigBee照明和占用设备。


物联网与ZigBee的优势

与 其他无线通信协议相比,使用 ZigBee 协议有几个优点。

1、ZigBee通信协议在所有层都是标准化的,可以确保不同产品的相互兼容。

2、网状网络的强大功能,设备倾向于与每个附近的设备连接,这使得网络的每个节点都可以从每个其他节点访问并在地理上扩展网络,如果到节点的首选路径在那里失败,还可以提供自我修复是到达节点的其他路径。您拥有的设备越多,网络就越可靠。

3、低功耗模式。能量收集设备没有电池,通过从环境中提取所需的能量(通过利用运动、光、压电/压力或珀尔帖效应)来获取电池。这对于仅有时在网络上的设备(当它们有电时)特别有效,并且可以让这些设备安全地打开和关闭网络,因此它们大部分时间都可以关闭并且不需要任何能量。

4、ZigBee 网络具有高可扩展性,可以连接到数千个设备,它们将使用最佳可用路径相互通信。


https://www.wjx.cn/jq/84863372.aspx