Zigbee协议

概述

ZigBee正是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的。ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。

特点

（1）低功耗：在低功耗待机状态下，两节五号干电池可以使用6～24个月，甚至更长，从而免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。
（2）低成本：通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点仅需4KB代码，而且Zigbee免协议专利费
（3）数据传输速率低：Zigbee工作在20～250kbps的较低速率，它分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
（4）短时延：ZigBee的响应速度快，一般从休眠转入工作状态只需要15ms，节点接入网络只需30ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能 ，蓝牙需要3～10s、Wi-Fi需要3s。
（5）有效范围小：有效覆盖范围在10～75m之间，增加RF可以达到1-3km
（6）大容量：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点。每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是说，每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
（7）安全性高：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权能力，采用AES-128加密算法，同时可以灵活确定其安全属性；
（8）免执照频段且工作频段灵活：采用直接序列扩频在工业科学医疗（ISM）频段使用，2.4GHz（全球）、915MHz（美国）、868MHz（欧洲）。

应用及应用目标

更适合于轻巧的便携式设备、数据交换量不高的设备、无线控制设备和需要大量挂接的设备。


以低价切入产业自动化控制、能源监控、机电控制、照明系统管控、家庭安全和RF遥控等领域

传输数据类型

周期性数据，如传感器中传递的数据，数据速率是根据不同的应用定义的；
间断性数据，如控制电灯开关时传输的数据，数据速率是由应用或外部激励定义的；
还有反复性的低反应时间的数据，如无线鼠标传输的数据，数据速率根据分配的时隙定义

协议栈

ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，网络层以上的协议由ZigBee联盟负责，IEEE则制定了物理层和链路层标准

安全层

安全层并非单独的协议，ZigBee为其提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件，并集成了IEEE 802.15.4标准的安全元素，用来保证MAC层帧的机密性、一致性和真实性。

安全密钥

ZigBee采用3种基本密钥，分别是网络密钥、链接密钥和主密钥，它们在数据加密过程中使用。其中网络密钥可以在数据链路层、网络层和应用层中应用。主密钥和链接密钥则使用在应用层及其子层。

组网技术

组网步骤

路由协议分析

网络层地址分配机制

加入ZigBee网络的节点通过MAC层提供的关联过程组成一棵逻辑树，当网络中的节点允许一个新节点通过它加入网络时，它们之间就形成了父子关系，每个进入网络的节点都会得到父节点为其分配的一个在网络中唯一的16bit网络地址，分配机制如下文所述。

路由协议

Cluster-Tree
AODVjr ：具有AODV的主要功能，但考虑到降低成本、节能、使用的方便性等因素，对AODV做了一些简化。

ZigBee路由（ZigBee Routing，ZBR）

在ZigBee路由中，可以将节点分为两类：RN+和RN-。其中RN+是指具有足够的存储空间和能力执行AODVjr路由协议的节点，RN-是指其存储空间受限，不具有执行AODVjr路由协议的能力的节点，RN-收到一个分组后只能用Cluster-Tree算法处理。

无线传感网络

Zigbee vs WiFi

• wifi 功耗高，传输数据快，一个路由只能加入较少设备
• zigbee功耗低，传输数据慢，可以中继，一个zigbee网关可以加入成千上万的zigbee设备

Zigbee VS 蓝牙

Zigbee vs 433

433

33MHz技术使用433MHz无线频段，因此相比于WiFi和Zigbee，433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也是很明显的，就是其数据传输速率只有9600bps，远远小于WiFi和Zigbee的数据速率，因此433Mhz技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。从通讯可靠性的角度来讲，433Mhz技术和WiFi一样，只支持星型网络的拓扑结构，通过多基站的方式实现网络覆盖空间的扩展，因此其无线通讯的可靠性和稳定性也逊于Zigbee技术。另外，不同于Zigbee和WiFi技术中所采用的加密功能，433Mhz网络中一般采用数据透明传输协议，因此其网络安全可靠性也是较差的。