ZigBee技术架构及其应用

在本目前的通信世界中，有许多高数据速率通信标准可用，但这些都不是满足传感器和控制设备的通信标准。即使在较低的带宽下，这些高数据速率通信标准也需要低延迟和低能量消耗。可用的专有无线系统的ZigBee技术是低成本和低功耗的，其优异和优秀的特点使得这种通信最适合几个嵌入式应用程序，工业控制和家庭自动化等等。传输距离的ZigBee技术范围主要是根据电源输出和环境特性的10-100米。

什么是ZigBee技术？

ZigBee通信专门用于无线个人区域网络（WPANS）上的IEEE 802.15.4标准的控制和传感器网络，它是来自ZigBee Alliance的产品。这通讯标准定义物理和媒体访问控制（MAC）层以处理低数据速率的许多设备。这些Zigbee的WPAN在868 MHz，902-928MHz和2.4 GHz频率下运行。250 kbps的数据速率最适合定期的，以及传感器和控制器之间的数据的中间双向传输。

ZigBee是一种低成本和低功耗的网状网络，广泛部署用于控制和监控其覆盖范围内10-100米的应用。这种通信系统比其他专有的短程更便宜，更简单无线传感器网络作为蓝汶H和Wi-Fi。

ZigBee支持Master到Master或Master到从属通信的不同网络配置。而且，它可以以不同的模式操作，因此电池电量是保守的。ZigBee网络随着使用路由器而扩展，并且允许许多节点互相互连，用于构建更广泛的区域网络。

Zigbee技术的历史

在1990年，实施了具有自组织特设的数字无线电网络。ZigBee规范如IEEE 802.15.4-2003，于2004年12月14日批准。该规范1.0由Zigbee Alliance于2005年6月13日宣布，称为ZigBee 2004的规范。

集群库

2006年9月，Zigbee 2006的规范由替换2004年堆栈宣布。因此，此规范主要取代键值的对结构以及通过群集库中2004堆栈中使用的消息。

库包括一组一致的命令，计划在名为Clusters的组下面，其中名称如家庭自动化，ZigBee的智能能量和光线。2017年，图书馆由Zigbee Alliance更名为Dotdot并宣布为新的协议。因此，此DotDoT已为大约所有ZigBee设备工作为默认应用层。

Zigbee Pro

在2007年，像Zigbee 2007这样的Zigbee Pro已经完成。它是一种在遗留ZigBee网络上运行的一种设备。由于路由选项中的差异，这些设备应该在传统ZigBee网络上变成非路由ZEDS或ZEGBEE终端设备（ZEDS）。传统ZigBee设备必须在ZigBee Pro的网络上变成ZigBee末端设备。它通过2.4GHz ISM频段以及包含子GHz频段的函数。

Zigbee技术如何工作？

ZigBee技术通过允许不同的设备通过彼此交流来配合数字无线电。该网络中使用的设备是路由器，协调器以及最终设备。这些设备的主要功能是将指令和消息从协调器提供给单端设备，例如灯泡。

在该网络中，协调器是最重要的设备，其位于系统的起源。对于每个网络，只有一个协调器，用于执行不同的任务。它们选择合适的通道来扫描通道，并通过最小的干扰找到最合适的通道，分配独占ID以及网络内的每个设备的地址，以便在网络中传输指令。否则可以在网络中传输指令。

路由器在协调器中排列以及终端设备，这些设备对于各种节点之间的消息路由负责。路由器从协调器获取邮件并存储它们，直到其最终设备处于某种情况以获取它们。这些也可以允许其他终端设备以及路由器连接网络;

在该网络中，通过与基于ZigBee网络类型的协调器（如ZigBee网络类型）与父节点通信，可以通过结束设备控制小信息。最终设备不会直接相互互相交流。首先，所有流量都可以向父节点路由，如路由器，该路由器保持此数据，直到设备的接收端处于某种情况，以便通过意识到。结束设备用于请求从父级等待的任何消息。

ZigBee架构

ZigBee系统结构由三种不同类型的设备组成，作为ZigBee协调器，路由器和终端设备。每个ZigBee网络必须包含至少一个协调员，它充当网络的根和桥梁。协调器负责处理和存储信息的同时执行接收和发送数据操作。

ZigBee路由器充当中间设备，允许数据传递到其他设备。终端设备的功能有限，可以与父节点通信，以便如图所示保存电池电量。路由器，协调器和终端设备的数量取决于星形，树和网状网络等网络的类型。

ZigBee协议架构包括一堆各种层IEEE 802.15.4通过物理和MAC层定义，而通过累积ZigBee自己的网络和应用程序层来完成此协议。

物理层：该层在发送和接收信号时进行调制和解调操作。下面给出了该层的频率，数据速率和许多通道。

MAC层：该层负责通过使用载波感测多访问冲突避免（CSMA）访问不同的网络来对数据的可靠传输。这也发送信标帧以用于同步通信。

网络层：此图层处理所有网络相关操作，如网络设置，终端设备连接和与网络，路由，设备配置等断开连接。

应用支持子层：此图层使ZigBee设备对象和应用程序对象所需的服务能够与网络图层进行接口，以获取数据管理服务。该层负责根据其服务和需求匹配两个设备。

应用框架：它提供了两种类型的数据服务作为键值对和通用消息服务。通用消息是开发人员定义的结构，而键值对用于在应用程序对象中获取属性。ZDO在ZigBee设备中提供应用程序对象和APS层之间的接口。它负责检测，启动和将其他设备绑定到网络。

ZigBee操作模式及其拓扑

ZigBee双向数据以两种模式传输：非标信标模式和信标模式。在信标模式下，协调器和路由器连续监控输入数据的活动状态，因此消耗了更多的功率。在此模式下，路由器和协调器不会睡眠，因为任何时候任何节点都可以唤醒并通信。

但是，它需要更多的电源，并且其整体功耗低，因为大多数设备在网络中长时间处于非活动状态。在信标模式下，当没有从终端设备的数据通信时，路由器和协调器进入睡眠状态。定期此协调员唤醒并将信标发送到网络中的路由器。

这些信标网络适用于时隙，这意味着，它们在需要较低的占空比和更长的电池使用情况时运行。这些信标和ZigBee的非信标模式可以管理周期性（传感器数据），间歇（灯开关）和重复数据类型。

ZigBee拓扑

ZigBee支持几个网络拓扑;但是，最常用的配置是星，网格和群集树拓扑。任何拓扑都包括一个或多个协调员。在星形拓扑中，该网络由一个协调器组成，该协调员负责在网络上启动和管理设备。所有其他设备称为端部设备，可与协调器直接通信。

这在需要所有端点设备的行业中使用与中央控制器沟通，这种拓扑很简单易于部署。在网格和树拓扑中，ZigBee网络与多个路由器扩展，其中协调员负责盯着它们。这些结构允许任何设备与任何其他相邻节点通信，以向数据提供冗余。

如果任何节点发生故障，则这些拓扑结构将自动路由到其他设备。由于冗余是行业的主要因素，因此主要使用网格拓扑。在群集树网络中，每个群集由具有叶节点的协调器组成，这些协调器连接到启动整个网络的父协调器。

由于ZigBee技术的优点，如低成本和低功耗的操作模式及其拓扑，与其他专有通信相比，这种短程通信技术最适合多种应用，例如蓝牙，Wi-Fi等。其中一些下面给出ZigBee，标准等范围的比较。

为什么ZigBee中的数据速率低？

我们知道市场上的不同类型的无线技术，如蓝牙以及提供高速数据的WiFi。但是，ZigBee中的数据速率较少，因为ZigBee开发背后的主要目的是在无线控制以及监视器中使用它。

数据量以及这些应用中使用的通信频率非常低。尽管，对于IEEE 802.15.4，可以实现高数据速率的网络可能，因此ZigBee技术基于网络IEEE 802.15.4。

IOT中的Zigbee技术

我们知道ZigBee是一种类似于蓝牙以及WiFi的通信技术，但是，还有许多新的上升网络替代品，如线程，是家庭自动化应用的选择。在主要城市中，为基于物联网的更广泛的地区使用案例实施了空格技术。

ZigBee是一种低功耗WLAN（无线局域网）规范。它可以通过频繁连接的设备提供更少的功率来提供更少的数据来关闭电池。因此，开放标准已通过M2M（机器到机器）通信以及工业物联网（物联网）连接。

ZigBee已成为全球接受的IOT协议。它已经竞争了蓝牙，WiFi和螺纹。

ZigBee设备

IEEE 802.15.4 ZigBee的规范主要包括两个设备，如全功能设备（FFD）以及缩小功能设备（RFD）。FFD设备执行不同的任务，这些任务在规范内解释，它可以在网络中采用任何任务。

RFD设备具有部分功能，因此它执行有限的任务，此设备可以与网络内的任何设备相反。它必须采取行动并在网络中注重关注。RFD设备可以简单地与FFD设备相反，它用于简单的应用程序，例如通过激活和取消激活它来控制交换机。

在IEEE 802.15.4 n / w中，ZigBee设备播放了三种不同的角色，如协调器，PAN协调器和设备。这里，FFD设备是协调器以及PAN协调器，而该设备是RFD / FFD设备。

协调器的主要功能用于中继消息。在个人区域网络中，PAN控制器是必不可少的控制器，并且可以称为设备不是协调器的设备。
ZigBee标准可以根据ZigBee设备，PAN协调器，协调器和ZigBee的标准规范创建三个协议设备，如下面讨论的协调器，路由器和终端设备。

Zigbee协调员

在FFD设备中，它是PAN协调器用于形成网络。建立网络后，它会为网络中使用的设备分配网络的地址。而且，它会在终端设备之间传输消息。

ZigBee Router.

ZigBee路由器是允许ZigBee网络的范围的FFD设备。此路由器用于向网络添加更多设备。有时，它充当ZigBee终端设备。

ZigBee终端设备

这既不是路由器，也不是与物理上的传感器接口的协调器，否则否则执行控制操作。基于应用程序，它可以是RFD或FFD。

为什么Zigbee比WiFi更好？

在ZigBee中，与WiFi相比，数据传输速度较少，因此它的最高速度仅仅是250kbps。与WiFi的速度较少相比，它非常少。

ZigBee的一种更优质的质量是电力利用率以及电池的寿命。它的协议持续数月，因为一旦它被组装，我们就可以忘记。

什么设备使用zigbee？

以下设备列表支持ZigBee协议。

• belkin wemo.
• 三星Smarthings.
• 耶鲁智能锁
• 飞利浦色调
• 来自霍尼韦尔的恒温器
• 宜家Tradfri.
• 来自博世的安全系统
• 来自三星的康卡斯特Xfinity盒子
• 蜂巢活跃的暖气和配件
• 亚马逊回声加
• 亚马逊回声显示

控制所有设备都需要中央集线器而不是单独连接每个ZigBee设备。上述设备即智能制品以及亚马逊回声加也可以用作眨眼中心，可以在网络中发挥重要作用。中心集线器将为所有支持的设备扫描网络，并为您提供简单的控制上述设备的控制。

ZigBee和蓝牙有什么区别？

ZigBee和蓝牙之间的差异如下所述。

蓝牙	Zigbee.
从2.4 GHz - 2.483 GHz的蓝牙范围的频率范围	ZigBee的频率范围为2.4 GHz
它有79个射频频道	它有16个射频频道
蓝牙中使用的调制技术是GFSK	ZigBee使用不同的调制技术，如BPSK，QPSK和GFSK。
蓝牙包括8个单元节点	ZigBee包括高于6500个单元节点
蓝牙使用IEEE 802.15.1规范	ZigBee使用IEEE 802.15.4规范
蓝牙覆盖高达10米的无线电信号	ZigBee涵盖了100米的无线电信号
蓝牙需要3秒钟才能加入网络	ZigBee需要3秒钟才能加入网络
基于无线电类的蓝牙网络范围为1-100米。	Zigbee的网络范围高达70米
Bluetooth的协议栈大小为250 kbytes	ZigBee的协议堆栈大小为28千字节
TX天线的高度为6米，而RX天线是1计	TX天线的高度为6米，而RX天线是1计
蓝牙使用可充电电池	ZigBee不使用可充电电池
蓝牙需要更少的带宽	与蓝牙相比，它需要高带宽
蓝牙的Tx功率为4 dBm	ZigBee的TX力量是18 dBm
蓝牙的频率为2400 MHz	ZigBee的频率为2400 MHz
蓝牙的Tx天线增益为0dB，而RX -6DB	ZigBee的Tx天线增益为0dB，而RX -6DB
敏感度为-93 dB	敏感度为-102 dB
蓝牙的余量为20 dB	ZigBee的裕度是20 dB
蓝牙范围为77米	Zigbee范围是291米

Lora和Zigbee有什么区别？

Lora和Zigbee之间的主要区别在下面讨论。

洛拉	Zigbee.
Lora范围的频段为863-870 MHz，902-928 MHz＆779-787 MHz	ZigBee的频段为868MHz，915 MHz，2450 MHz
洛拉覆盖了城市地区的距离，如2到5kms，而在农村地区15kms	ZigBee占地10-100米的距离
与ZigBee相比，Lora的电力利用率低	电力利用率低
LORA中使用的调制技术是FSK，否则GFSK	ZigBee中使用的调制技术是OQPSK和BPSK，它使用DSSS方法将位更改为芯片。
LORA的数据速率为LORA调制和100kbps的0.3至22kbps，适用于GFSK	ZigBee的数据速率为20kbps，对于868频带，40kbps为915频带，250 kbps为2450 kbps，2450 kbps）
LORA的网络架构包括服务器，LORA网关和结束设备。	ZigBee路由器，协调器和结束设备的网络架构。
Lora的协议栈包括PHY，RF，MAC和应用层	ZigBee的协议栈包括PHY，RF，MAC，网络安全和应用层。
LORA的物理层主要使用调制系统，包括纠错能力。它包括用于同步和使用整个帧CRC和PHY标题CRC的前导码。	ZigBee包括两个物理层，如868/915 MHz和2450 MHz。
Lora用作WAN（广域网）	ZigBee用作LR-WPAN（低利率无线个人区域网络）
它使用IEEE 802.15.4G标准＆联盟是LORA	ZigBee使用IEEE 802.15.4规范和ZigBee Alliance

ZigBee技术优缺点

ZigBee的优点包括以下内容。

• 该网络具有灵活的网络结构
• 电池寿命很好。
• 功耗较少
• 非常简单修复。
• 它支持大约6500个节点。
• 降低成本。
• 它是自我修复和更可靠的。
• 网络设置非常简单，简单。
• 负载均匀分布在网络上，因为它不包括中央控制器
• 家用电器监控同样控制非常简单，使用远程
• 网络是可扩展的，很容易将/远程ZigBee末端设备添加到网络。

ZigBee的缺点包括以下内容。

• 它需要系统信息来控制基于ZigBee的设备。
• 与WiFi相比，它不安全。
• 一旦在基于ZigBee的家用电器内发生任何问题，替代成本高
• ZigBee的传输速率较少
• 它不包括多个终端设备。
• 对于官方私人信息来说，它非常危险。
• 它不用作户外无线通信系统，因为它具有较少的覆盖限制。
• 类似于其他类型的无线系统，这种ZigBee通信系统容易发生未经授权的人。

ZigBee技术的应用

ZigBee技术的应用包括以下内容。

工业自动化：在制造和生产行业中，通信链路不断监控各种参数和关键设备。因此，ZigBee显着降低了这种通信成本，并优化了控制过程以获得更高的可靠性。

家庭自动化：Zigbee非常适合远程控制家用电器作为照明系统控制，设备控制，加热和冷却系统控制，安全设备操作和控制，监控等。

智能计量：ZigBee在智能计量中的远程操作包括能量消耗响应，定价支持，安全性盗窃等。

智能电网监控：这种智能电网中的ZigBee操作涉及远程温度监测，故障定位，无功电源管理等。

ZigBee技术用于构建无线指纹考勤系统和家庭自动化等工程项目。

这是关于ZigBee技术的架构，操作模式，配置和应用程序的简要描述。我们希望我们为您提供了足够的内容，让您更好地了解。因此，这是关于ZigBee技术的概述，它基于IEEE 802.15.4网络。这种技术的设计可以非常强大，因此它在各种环境中运行。

它提供了不同环境的灵活性以及安全性。ZigBee技术在市场上获得了如此多的普及，因为它通过使网络能够控制广泛的区域来提供一致的网状网络，并且它还提供低功耗通信。所以这是一个完美的物联网技术。以下是您的问题，市场上有哪些不同的无线通信技术？有关进一步的帮助和技术援助，您可以通过以下评论联系我们。