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[導讀]為增進大家對Zigbee的瞭解程度,本文將對Zigbee無線技術進行全方位講解。

Zigbee是物聯網協議,近幾年,Zigbee得到了廣泛運用。在上篇文章中,小編對Zigbee的協議棧結構以及Zigbee的技術特點有所介紹。為增進大家對Zigbee的瞭解程度,本文將對Zigbee無線技術進行全方位講解。如果你對Zigbee具有興趣,不妨繼續往下閲讀哦。

一、概述

ZigBee是一個基於 IEEE 802.15.4標準的低功耗物聯網標準,它由Zigbee 聯盟來維護,可以使用在家庭自動化、醫療設備數據收集和其他低功耗低帶寬的應用場景。和藍牙和Wifi相比,它的特點是低功耗,近距離且是自組織的網絡。它的最高速率是250 kbit / s,具有128位的對稱加密算法的保護,具有較高的安全性。ZigBee本身支持星型網絡和樹形網絡和網狀網絡。

二、歷史

第一個ZigBee標準 IEEE 802.15.4-2003在2004年12月被批准,在2005年6月zigbee規範v1.0宣佈可用,我們稱為zigbee 2004. 2006年zigbee 2006規範可用,替代了2004使用的協議棧,在2007年推出了Zigbee PRO。2009年推出Zigbee RF4CE簡化了協議,適應一對一和一對多網絡,主要為家電的控制。2017年推出了Zigbee PRO 2017。

三、使用場景

zigbee被設計為低功耗,低速率的應用場景,主要使用在家庭自動化,無線傳感器網絡,工業控制系統,嵌入式傳感器、醫療數據收集、煙霧及闖入者警告、樓宇自動化、遠程無線麥克風配置等場合。它不適合在高速率和高速移動的場合。

四、傳輸特性

zigbee使用免費的頻率,包括2.4 -2.4835G,902 -928 MHz(美洲和澳大利亞), 868 -868.6 MHz(歐洲), 它在在2.4G下速率最高,有16個頻道,5M帶寬但只使用了2M,速度達到250kbit/s, 在915M和868M下面能達到40kbit/s 和20kbit/s,這都是理論最大速率,由於包開銷和處理延遲,實際數據吞吐量將小於指定的最大比特率。在射頻功率為20dbm(100mw)情況下,2.4G頻率的傳輸距離室內大約是10-20米左右,室外最大可達到300米。

五、設備類型和操作模式

zigbee有三種設備類型

ZC: Zigbee協調器,功能最強的設備,協調器構成網絡樹的根,可以連接到其他網絡。每個網絡中只有一個Zigbee協調器,因為它是最初啓動網絡的設備。它存儲有關網絡的信息,包括充當安全密鑰的信任中心和存儲庫

ZR:Zigbee路由器,除了運行應用程序功能外,路由器還可以充當中間路由器,傳遞來自其他設備的數據。

ZED:Zigbee終端設備,只包含與父節點(協調器或路由器)通信的足夠功能;它不能從其他設備中繼數據。這種關係允許節點在相當長的時間內處於休眠狀態,從而延長電池壽命。ZED需要最少的內存,因此,它的製造成本比ZR或ZC要低。

當前的zigbee網絡裏有兩種模式,帶信標(beacon)的和不帶信標的(non-beacon),在信標不啓用的網絡中,使用不帶時隙的CSMA / CA信道訪問機制。在這種類型的網絡中,Zigbee的路由器和接收端不能休眠,導致耗電量大。

在啓用信標的網絡中,Zigbee路由器節點發送週期性信標,zigbee的接收節點將定時的喚醒。節點在兩個信標之間時間內睡眠,從而降低其佔空比並延長其電池壽命。信標間隔取決於數據速率,它們在250 kbit / s時可以從15.36毫秒到251.65824秒, 在40 kbit / s時從24毫秒到393.216秒,在20 kbit / s時從48毫秒到786.432秒。

ZigBee的協議層

上圖是的ZigBee協議層示意圖,IEEE 802.15.4定義了物理層和mac層。

2003版本規定了基於直接序列擴頻(DSSS)技術的兩個物理層:一個工作在868/915 MHz頻段,傳輸速率為20和40 kbit / s,一個工作在2450 MHz頻段速率為250 kbit / s。

介質訪問控制(MAC)使MAC的發送通過使用物理信道的幀。除了數據服務,它還提供管理界面,並自身管理對物理信道和網絡信標的訪問。它還控制幀驗證,保證時隙並處理節點關聯。最後,它提供了安全服務的回調函數。

網絡模型

上圖是一個zigbee的三種拓撲網絡,紅色為ZigBee協調器,藍色為ZigBee路由器,黃色為ZigBee末端節點。

ZigBee的一個重要特點就是可以自組織網絡和跳轉傳輸數據。在mesh網絡下面,任何一個節點故障都不會影響通信,節點會自動的尋找合適的路徑進行通信。如下圖所示。

以上便是此次小編帶來的“Zigbee”相關內容,通過本文,希望大家對Zigbee無線技術具備一定的瞭解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將於後期帶來更多精彩內容。最後,十分感謝大家的閲讀,have a nice day!

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