A40系列模塊是基于TI Z-stack 2.5.1a Zigbee協(xié)議棧在CC2530片上芯片之上開發(fā)的符合zigbee 2007/Pro規(guī)范，自定義應(yīng)用層通過指令控制，簡(jiǎn)化Zigbee應(yīng)用的數(shù)傳模塊。

1.Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

（1）低速率：數(shù)據(jù)傳輸速率只有20~250kb/s, 2.4GHZ提供250kb/s, 915MHz對(duì)應(yīng)40kb/s, 868Mhz對(duì)應(yīng)20kb/s

（2）低功耗：睡眠模式設(shè)備使用電池供電，可使用6個(gè)月~幾年。如傳感器、門鎖等。

（3）低成本：協(xié)議簡(jiǎn)單，對(duì)硬件要求低，如TI使用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)zigbee軟件協(xié)議棧。

（4）容量大：理論上最大可接入65000個(gè)設(shè)備，實(shí)際接入過200~1000設(shè)備。

（5）時(shí)延短：指的是從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)接入網(wǎng)絡(luò)，一般只需幾十毫秒。傳統(tǒng)藍(lán)牙和Wi-Fi設(shè)備一般需要3~10s。

（6）大范圍：10~100m之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，大范圍覆蓋需要router設(shè)備中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。

（7）安全高：提供三級(jí)安全模式。

（8）傳輸可靠：CSMA/CA 沖突避免，簇樹、AODVjr混合路由機(jī)制，MAC層需要接收方確認(rèn)，重發(fā)機(jī)制（ARQ）APS層和應(yīng)用層均可選確認(rèn)機(jī)制。

2.Zigbee基礎(chǔ)

IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)低功耗、低成本無線網(wǎng)路要求，制定的低速廣域網(wǎng)(LR-WPAN)標(biāo)準(zhǔn)。描述了網(wǎng)絡(luò)OSI（開放式互聯(lián)參考模型）的物理層(PHY)和媒體訪問控制協(xié)議(MAC)。

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)向上擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用層(APL)的規(guī)范。

Zigbee 2007/Pro之前的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都是定義到NWK，從Zigbee 2007/Pro開始為互操作性定義應(yīng)用層，Pro指令集增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)性能，并針對(duì)性的定義了一些應(yīng)用層，比如智能家居(HA)、建筑自動(dòng)化(BA)、先進(jìn)抄表基礎(chǔ)建設(shè)(AMI)….等不同認(rèn)證，相同認(rèn)證的設(shè)備間具有互操作性。

而今在最新的Zigbee 3.0標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)用層被廣泛的完全定義，具有統(tǒng)一的互操作性。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中定義了三種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器(Coordinator)、路由器(Router)和終端 (End Device)。一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器同多個(gè)路由器及多個(gè)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)組成。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形拓?fù)?star)、樹形拓?fù)?Tree)和網(wǎng)狀拓?fù)?Mesh)。

3.Zigbee地址

Zigbee協(xié)議定義了兩種網(wǎng)絡(luò)地址：16bit的網(wǎng)絡(luò)地址(短地址)和全球唯一的64bit IEEE地址（MAC地址）。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，節(jié)點(diǎn)會(huì)按照分配算法得到一個(gè)16bit的網(wǎng)絡(luò)地址，按照zigbee協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)延申規(guī)則，理論上一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)最大可以容納65536(216)個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)橘Y源限制和網(wǎng)絡(luò)可靠性，Zigbee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)數(shù)與理論相差甚遠(yuǎn)。（比如我們A40系列模塊由于協(xié)議棧對(duì)網(wǎng)絡(luò)深度和子設(shè)備類型和數(shù)量的限制，理論網(wǎng)絡(luò)設(shè)容量是31101個(gè)節(jié)點(diǎn)）

4.Zigbee設(shè)備類型

Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中有三種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器、多個(gè)路由器和多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。如果A設(shè)備通過B設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，那么B就是A的父節(jié)點(diǎn)，A是B的子節(jié)點(diǎn)，A可以是路由器或終端，B可以是協(xié)調(diào)器或路由。

Coordinator(協(xié)調(diào)器)：

創(chuàng)建 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)。Coordinator 根據(jù)用戶層定義掃描RF 環(huán)境自動(dòng)選擇（或可以指定）一個(gè)信道和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（PANID）后啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。如果在同一信道上存在一個(gè)相同 PANID 的 Coordinator，先啟動(dòng)的 Coordinator 會(huì)保持原來的 PANID，后啟動(dòng)的 Coordinator 會(huì)在原來選擇或指定 PANID 的基礎(chǔ)之上加+1（指定的不會(huì)變），以免引起 PANID 沖突。Coordinator 在網(wǎng)絡(luò)中完成啟動(dòng)和配置后，它可完全被認(rèn)為是一個(gè)路由器，只是不能加入其他網(wǎng)絡(luò)。

注意：協(xié)調(diào)器不能加入其他網(wǎng)絡(luò)，甚至PANID相同的網(wǎng)絡(luò)，它是zigbee網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)，

Router(路由器)：

維護(hù)Zigbee網(wǎng)絡(luò)。（1）加入網(wǎng)絡(luò)并允許其它的路由器和終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，（2）路徑查找并優(yōu)化，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，(3)是輔助它的子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。Zigbee協(xié)議以簇樹(Cluster Tree)+AODVjr的混合路由機(jī)制通過路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈、多級(jí)跳、低開銷等功能。路由器需要由穩(wěn)定電源供電，不能進(jìn)入睡眠模式。為終端節(jié)點(diǎn)保存的數(shù)據(jù)直到終端節(jié)點(diǎn)獲取后才能釋放。

End Device(終端節(jié)點(diǎn))：

Zigbee網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點(diǎn)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)?？梢砸詤f(xié)調(diào)器或路由器作為自己的父節(jié)點(diǎn)。加入網(wǎng)絡(luò)后，它會(huì)定期的輪詢父節(jié)點(diǎn)，是否有自己的數(shù)據(jù)，同時(shí)它可以睡眠可以喚醒，因此會(huì)存在一定的延時(shí)，也可用電池供電。End Device 適合少量周期性的數(shù)據(jù)收發(fā)。

5.Zigbee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型Star、簇狀Tree和網(wǎng)狀Mesh。

星形拓?fù)洌?/strong>是最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)湫问剑粋€(gè)Coordinator（協(xié)調(diào)器） 節(jié)點(diǎn)和一系列的 End Device（終端）節(jié)點(diǎn)。

每一個(gè)End Device 節(jié)點(diǎn)只能和 Co-ordinator 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。如果需要在兩個(gè) End Device 節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊必須通過Co-ordinator 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。

它的缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個(gè)路徑，網(wǎng)絡(luò)完全受Co-ordinator節(jié)點(diǎn)的資源的限制。實(shí)現(xiàn)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳恍枰褂?zigbee 的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，因?yàn)楸旧鞩EEE 802.15.4的協(xié)議層就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了星形拓?fù)湫问?，但是這需要開發(fā)者在應(yīng)用層作更多的工作，包括自己處理信息的轉(zhuǎn)發(fā)。

樹形拓?fù)洌?/strong>是通過一個(gè)Coordinator連接一系列的 Router 和 End Device， Router再連接一系列的 Router 和End Device. 重復(fù)多個(gè)層級(jí)。

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和他的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間通訊。如果需要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節(jié)點(diǎn)然后再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)就是信息只有唯一的路由通道。另外信息的路由是由協(xié)議棧層處理的，整個(gè)的路由過程對(duì)于應(yīng)用層是完全透明的。

Mesh拓?fù)洌ňW(wǎng)狀拓?fù)洌?/strong>形式和樹形拓?fù)湎嗤?。但是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂懈屿`活的信息路由規(guī)則，在Router可用射頻范圍內(nèi)，非父/子節(jié)點(diǎn)的路由節(jié)點(diǎn)之間可以直接的通訊。Zigbee網(wǎng)絡(luò)層具有路由發(fā)現(xiàn)功能，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈、多級(jí)跳轉(zhuǎn)和最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)路徑傳輸，并且這些功能是協(xié)議自動(dòng)完成和優(yōu)化，不需要應(yīng)用層參與。

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