概述
zigbee名词解释:
父节点和子节点:父节点和子节点是相对的,一个设备既可以是另外一个设备的子节点,也可以是其它设备的父节点,这一点会在之后的zigbee网络拓扑中有直观的体现。
zigbee网络的设备类型及作用:
在Zigbee网络中一共有三种设备类型:
协调器(coordinator):
负责建立网络;
分发秘钥;
通常协调器会集成网关内作为zigbee网络与外界通信的桥梁;
通常在一个zigbee网络中有且只有一个协调器;在一些特殊的极少见的网络中偶尔会出现多个协调器,这种情况下除非有意为之,一般是网络出问题了。
路由器(router):
路由器是一种特殊的节点,他和协调器相比,只是没有构建网络的功能;
为了保证zigbee网络的拓展性,在实际项目中,通常会把常供电的设备作为路由器。
终端节点(enddevice):
终端节点只能够依附于父节点存在于网络中,这一点会在之后的内容中有更为具体的说明,我们会在涉及这的时候点出来;
通常在实际项目中,会把电池供电的设备作为终端节点,这就涉及到低功耗,低功耗就涉及到休眠,低功耗也会在之后的内容中详细说;
值得注意的是,在芯科的zigbee3.0解决方案中,终端节点还分为普通终端节点和休眠终端节点。
zigbee的网络拓扑结构:
zigbee一共有三个网络拓扑分为:星型(star);树状(tree);网状(mesh)。以下是三种拓扑结构的图示:
上图是树形网络拓扑,由图中我们可以看出当其中一个routrer和父几点断开连接,那么所有该router下边的子节点都将端来连接。
上图是星型网络的拓扑,又图中我们可以看出所有的router和enddevice都是直接连到coordinator上的,这样的网络,它的延展性不高,而且每个节点都有最大连接数量,这样直接限制了该网络中设备的数量。
上图是网状网络的拓扑,从图中我们可以看出,router相互连接组成一个复杂的网状网络,这样即使其中一条通信路径出了问题,route还可以通过其它路径于coordinator建立连接,这样既保证了通信的稳定性,也使zigbee网络具有一定的延展性,可以容纳更多的设备。
值得注意的是:在zigbee3.0中,默认使用了mesh网,不需要用户配置网络拓扑类型。
zigbee网络的地址:
在zigbee网络中有两种地址,长地址和短地址:(开发者可以利用这两个地址其中的任何一个进行zigbee网络中的通信。)
长地址是芯片本身的出厂编号,64位的,类似于网卡的MAC地址;在TI的zigbee协议栈中把这个地址叫做IEEE地址,而在芯科的zigbee中把这个地址叫做eui64。
短地址是设备在网络中的网络地址,16位的,这个地址是设备入网后由coordinatoor分配的;该地址在设备入网后至退网前不会变,该地址是掉电保存的;一般情况下,同一个设备在退网后再次加入之前的网络,短地址大概率会一样,这是由于coordinator的地址分配算法决定的;
有一些特殊的网络短地址:
0xFFFF:网络中的广播地址,当网络中有一个设备(通常是coordinator,因为coordinator通常会集成在网关中)以这个地址发出广播包,该网络中的所有设备都会收到消息。
0xFFFC:网络中路由的广播地址,当网路中有一个设备(通常是coordinator,因为coordinator通常会集成在网关中)以这个地址发出广播包,那么该网络中的所有路由会收到消息,enddevice不会收到。
0x0000:corrditinator的固定网络短地址。
Zigbee的发展:
什么是zigbee:
有人把zigbee叫做蜂舞,发明这个翻译的人一定是个神人,因为这个翻译太形象了,蜜蜂通过舞蹈来传递消息,zigbee网络中的各个设备就像是一个个蜜蜂,而zigbee网络就像是一个蜂群,彼此独立又联系紧密,它有自己的通信方式,这个方式安全又独特。
zigbee本身是一种短距离、低速率的无线网络技术,主要用于近距离无线连接,这就有别于wifi,它有自己的无线电标准,是通过数个或者数十个设备之间相互协调来实现通信的,这些设备只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个设备传到另一个设备,所以通信效率很高。
上图来源于TI官方文档,由图中我们可以看出,zigbee以IEEE802.15.4为基础;在此之上zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化;然后TI、芯科、NXP等zigbee联盟中的方案厂商以标准为基础,开发自己的协议栈和soc;最后开发者在协议栈的基础上开发应用程序。
zigbee协议栈版本的发展进程:
笔者是以zigbee mesh 1.0.1为始在zigbee协议栈上开发产品的,它的大致发展脉络如下:(zigbee2007/pro以前的版本由于年代久远,以后有机会查询资料后补上)
TI和芯科的zigbee协议栈和SOC简要介绍:
协议栈名称 | 主要SOC | |
---|---|---|
TI | Ember Znet | CC2530等 |
芯科 | Z-stack | EFR32MG21等 |
注:这里只是罗列一下,在之后的TI和芯科zigbee协议栈详细介绍中,这部分会展开说
最后
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