Zigbee技术介绍|学习笔记

开发者学堂课程【嵌入式之RFID开发与应用2020版：Zigbee技术介绍】学习笔记与课程紧密联系，让用户快速学习知识

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Zigbee技术介绍

 

内容介绍：

一、 大纲介绍

二、 zigbee介绍

 

一、 大纲简介

前面有关CC2530F256和基于 CC2530F256上的OSAL已经介绍完成了，接下来进入到zigbee的介绍，首先是简单了解一下zigbee的基本概念,然后再看它的协议栈，最后通过协议栈提供的接口做zstack通信实验。

 

二、 zigbee介绍

1. zigbee 简介

Ø ZigBee 译为”紫蜂”， 名字由来与紫蜂翅膀煽动呈现八字形，

或者与紫蜂的某些生物特性有一定关系，是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用( Sensor and Control )，其诞生的时间与Wifi和蓝牙相比较晚,从2000年之后才逐步发展起来的，由 IEEE 802.15工作组（美国电气电子工程师协会）中提出，并由其TG4工作组制定基于802.15.4规范：

Ø 2001年8月， ZigBee Alliance 成立。

Ø 2004年， ZigBee V1.0诞生，问题较多。

Ø 2006年，推出 ZigBee 2006，比较完善。

Ø 2007年底， ZigBee PRO 推出。很多早些年诞生的芯片，搭载

的协议栈基本是06年和07年的版本

Ø 2009年3月， Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性

和远程控制能力。可支持无线遥控，且不一定非要组网，很多遥控器可运用ZigBee的协议栈，特别是电视遥控器，因为红外线遥控器受一些遮挡物限制。

Ø 2009年开始， Zigbee 采用了 IETF 的IPv66Lowpan标准

（ IEEE 802.15.4g)。可支持更多的地址和范围。

2. zigbee 特性：

甚至这些特性在现有的无线通讯技术中不易被取代

1) 低功耗，相比目前的 WiFi 蓝牙功耗更低（最重要）, WiFi 曾多

次尝试将功耗降低来达到和 zigbee 一样的读网通讯的效果，但最终还是失败了，但 WiFi 与 zigbee 有本质的区别, WiFi 通讯时路由器之间不能跳, zigbee 路由器之间可以跳

2) 低成本，协议栈免专利费，IC结构简化

3) 低速率，工作在20~250kbps的速率，zigbee做语音通讯可完全

满足要求，但更多是运用于数据采集

4) 近距离，在不增加功率放大器的情况下，实际距离一般介于

10~100米之间

5) 短时延，无论是唤醒还是入网都在毫秒级，很多无线通讯很难做

到

6) 高容量，同一协调器理论上最多管理65000＋节点，与处理器本

身的运算能力有一定的关系，

7) 自组网，因移动或信号干扰断网后自组自愈

8) 高安全，支持AES128位对称加密通信

9) 免执照，使用工业科学医疗（ISM）频段，915MHz(美国)，868MHz

（欧洲）,2.4GHz（全球）

Ø 供应商

3. 与不同通讯网络的比较：

相对于NB-IOT,LoRa，WiFi 和蓝牙，没有太多的可比性，因为NB-IOT是基于蜂窝移动网络的通讯技术，因此其距离几乎不受限制，只受基站的限制，其接入量也很大。 NB-IOT是移动通讯网络，LoRa，蓝牙， WiFi都是自己搭建的外域网络，因此更多的是比较LoRa,蓝牙和WiFi。除了NB-IOT,其他通讯技术大多需要网关, WiFi本身是可以上网的,LoRa,Zigbee,蓝牙是需要网关去连接到公网上的。LoRa更多是采用欧洲的标准，且前几年应用较少，最近两年开始运用，其通信距离较远，附属成本较高；Zigbee的通讯距离不远，附属成本不高，且部署的点较多，功耗较低，可选择频段范围较广，且延迟短。WiFi最大的缺点是功耗大，且路由之间不允许跳；目前蓝牙Mash的组网能力得到很大提升,但功耗较高，且蓝牙的延迟比Zigbee更长。

4. 通信距离和速率的横向比较

以下是不同的移动通讯网络在通讯速率和通讯距离的横向比较：

如下图：

里面有一些是不常见的，比如说 UWB，主要是用于视频传输，定位等，剩下的都比较常见，用的最多的是移动通讯网络 Cellular,之前提到的 RFID 也属于无线通讯技术的一种。

5. Zigbee 的组网形式：

对于 Zigbee 来说，其组网形式大概分为三种：第一种是星形网络，就是一个协调器＋无数个终端，另一种是簇状网络（也称树状网络），其每一个路由都会连接一定的设备，路由与路由之间互相连接，相互串起来形成一个树形网络，第3个是网状网络，其任何一个节点都能加入到任何一个网络中，然后形成一个网状网络。 

6. Zigbee 在3个频段定义了27个物理信道

对于 Zigbee 来说有一个很重要的概念就是信道，尤其是信道是由27个物理信道组成，27个信道又分为三个不同频段。首先第1个信道是868.3，其只有一个信道，通讯距离较远，接下来是906兆，就是902~928之间，有10个信道，再接下来是2.4G，其每隔5兆会有一个信道，共有16个信道。三个不同频段的信道加起来共有27个信道。后面在谈到 Zigbee 的通信时要确认的第一件事就是确定 Zigbee 的信道是哪一个，然后再确认其网络ID，长短地址等。

7.igbee 的应用场景：

例如：实际生活中小米的智能家居运用到了Zigbee技术，可连接小米自带的设备。

1) 需要数据采集或监控的网点多，地形复杂，需要较大的网络覆盖。

2) 要求传输的数据量不大，但设备成本低。

3) 要求数据传输可靠性高，安全性高（加密）

4) 设备体积小，不便放置较大的充电电池或者电源模块

5) 电池供电

6) 现有移动网络的覆盖盲区

7) 使用现存移动网络进行低数据量的传输遥控监测系统。

8）使用GPS的效果差，或成本太高局部区域移动目标的定位应用。

例如：如之前企业内训中某集团对采矿的矿工管理运用了 Zigbee 技术，因为在矿工进入矿井之后， GPS技术难以覆盖，在矿井下面每一个节点之间能互相通信，每一个矿工身上会穿戴 Zigbee 节点,只要在矿井下面每隔一段距离放置一个路由器,那么所有的矿工在地下可形成一个网络，Zigbee 不仅可以做地下矿工定位，也可以做地下矿工考勤,就是说所有的节点会通过统一的网关把接入的信息上传到服务器,通过服务器能观察到工人的考勤情况以及工人分布情况的热力图。