ZigBee通信中有哪些基本特征及功能？

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。 [1]ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似。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)。由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。ZigBee无线通信技术是基于蜜蜂相互间联系的方式而研发生成的一项应用于互联网通信的网络技术。相较于传统网络通信技术，ZigBee无线通信技术表现出更为高效、便捷的特征。作为一项近距离、低成本、低功耗的无线网络技术，ZigBee无线通信技术其关于组网、安全及应用软件方面的技术是基于IEEE批准的802 15.4无线标准。该项技术尤为适用于数据流量偏小的业务，可尤为便捷地在一系列固定式、便携式移动终端中进行安装，与此同时，ZigBee无线通信技术还可实现GPS功能。 [1]ZigBee技术本质上是一种速率比较低的双向无线网络技术，其由IEEE.802.15.4无线标准开发而来，拥有低复杂度和短距离以及低成本和低功耗等优点。其使用了2.4GHz频段，这个标准定义了ZigBee技术在IEEE.802.15.4标准媒体上支持的应用服务。ZigBee联盟的主要发展方向是建立一个基础构架，这个构架基于互操作平台以及配置文件，并拥有低成本和可伸缩嵌入式的优点。搭建物联网开发平台，有利于研究成果的转化和产学研对，是实现物联网的简单途径。

我们知道，智能家居的总体目标是让家里的一切事物相互连接，特别是让所有联网的智能家居设备都可以共享信息。而不是单独连接来自不同品牌方的设备。因此，沟通需要共同的语言。这就是ZigBee等众多物联网协议诞生的初衷。

那么，什么是ZigBee?

简单说，ZigBee 是一种低功耗无线技术，与 Wi-Fi 配合使用，使家庭更智能、更安全、更舒适、更节能。借助ZigBee网关，我们管理众多的ZigBee节点，处理数据并向上连接云平台，从而使智能家居系统运行更加可靠。

接下来，我们将详细介绍什么是 ZigBee、其全球市场、工作原理(频率、范围、功率要求、架构、拓扑、通道访问、安全性、不同版本等)、与其他协议的比较、常见的用例、构建ZigBee 网络所需的设备以及安装指南等等。

什么是 Zigbee?

Zigbee是一种全栈解决方案，通常遵循 IEEE 802.15.4 标准运行并采用无线网状网络技术。它是一种基于标准的无线技术，旨在实现低成本、低功耗无线机器对机器 (M2M) 和物联网 (IoT) 网络。

ZigBee标准由ZigBee联盟创建(现更名为：连接标准联盟，CSA)，该联盟包括许多全球领先的科技公司，例如飞利浦、三菱电机、爱普生、德州仪器等。该联盟成立于 2002 年，是一个全球性的非营利组织。

ZigBee为物联网硬件和应用开发人员以及最终用户提供灵活性以及出色的兼容性。该协议由于其低成本、低功耗和更快的无线连接的显著特点而具有多种用途。例如，它是智能家居的首选技术，因为它在多个方面优于其他无线技术。

首先，ZigBee 设备值得信赖，因为通信是双向的。其次，它服务于所有行业，包括照明、安防、家电、家居门禁等。第三，也是最重要的一点，该技术由于其低延迟和低占空比而消耗很少的功率。此外，它采用网状网络，减少节点故障的可能性。

Zigbee全球市场概况

Zigbee 协议已经存在多年，是一项经过市场验证的技术。Zigbee 因其有前景的特性而已在全球不同行业和领域得到广泛采用。全球多家知名机构对Zigbee的全球趋势和市场份额进行了大量的市场调研。在这里，我分享一些令人信服的数字及其参考资料，以展示 Zigbee 技术的价值。

据Verified Market Research研究估计，2021年 ZigBee 市场规模为 35 亿美元，预计到 2030 年将达到 77.9 亿美元，2023 年至 2030 年复合年增长率为 9.30%。

据Reportslinker数据，ZigBee市场在 2020年至2025年的预测期内预计复合年增长率将超过9.2%。

而Market Research Future 则表示，到 2030 年，ZigBee 自动化市场预计净值达 79.1 亿美元，复合年增长率为 8.60%。

智能家居和互联设备的日益普及、智慧城市投资的增加以及对节能和低成本通信解决方案的需求推动了Zigbee市场的快速增长。

ZigBee工作原理

ZigBee 是一种用于家庭网络的个人区域网络技术，旨在监控和检测网络。ZigBee 标准由 Zigbee 联盟设计，基于标准IEEE 802.15.4。在标准 Zigbee 网络中，IEEE 802.15.4 定义了由 ZigBee 协议处理的多个网络层。

ZigBee 频段和许可

Zigbee 使用 IEEE 802.15.4 的物理层和 MAC 层。它也在无需许可的 2.4 GHz ISM 频段上运行。尽管 2.4 GHz 在全球范围内广泛使用，但美国、欧洲和中国的设备分别使用 915 MHz、868 MHz 和 784 MHz 等频率。仅选择一个信道/频带用于网络中。

频道 0：868 MHz(欧洲)

频道 1-10：915 MHz(美国和澳大利亚)

频道 11-26：2.4 GHz(全球)

2.4 GHz 频段使用最广泛，因为它无需许可且在全球范围内可用。它还以250 kbps的速率传输数据。

ZigBee 通讯范围

Zigbee 无线通信的范围可能会有所不同，具体取决于设备的功率输出、设备运行环境以及所使用的特定 Zigbee 协议等因素。一般来说，Zigbee 设备的范围在室内可达约100 米，在室外露天可达400米，在理想条件下最大理论范围约为1600 米。然而，在室内环境中，大多数实际场景中的典型范围在 10-30 米之间。

ZigBee 电源要求

Zigbee 设备通常在 2.1 至 3.6 伏的电压范围内运行，正常运行期间的典型电流消耗约为 20-50mA。Zigbee 设备的功耗也会根据所使用的特定 Zigbee 协议和频率以及设备之间的距离和数据速率而有所不同。例如，使用2.4GHz频段的Zigbee设备将比使用868/915 MHz频段的Zigbee设备消耗更多的功率。

Zigbee组网是一种基于低成本、低功耗和低数据速率的无线传感器网络技术，用于实现各种物联网应用。Zigbee组网可以将多个设备组成一个分布式网络，包括协调器(Coordinator)、路由器(Router)和终端设备(End Device)，这些设备之间通过无线通信互相交流和传输数据。通过Zigbee组网，可以实现数据的采集、传输、处理和控制操作，达到网络智能化管理的目的。

Zigbee组网具有以下几个特点：

低成本：Zigbee组网采用低功耗和小容量的传输设备，减少传输设备的成本和能耗。

低功耗：Zigbee组网采用的协议和技术可以实现低功耗，大大延长了设备的使用寿命。

低数据速率：Zigbee组网的数据速率较低，但可以通过网状结构的方式进行数据传输，扩大了网络范围。

星状/网状结构： Zigbee组网可以采用星状/网状结构，形成分布式网络，扩大了网络范围。

综上所述，Zigbee组网是一种连接设备的无线传感器网络技术，通过低成本、低功耗、低数据速率的通信方式将多个设备连接到一个分布式网络中，以实现各种物联网应用。

Zigbee组网原理是基于面向对象设计的分布式网络结构，它采用了星型、网状和混合网络结构，以实现各种不同的物联网应用。Zigbee组网主要包括以下几个方面的原理：

Zigbee协调器(Coordinator)：协调器是Zigbee组网中的核心设备，它负责网络的创建和管理工作。在一个Zigbee网络中，必须有一个协调器作为网络的控制中心，它负责分配网络地址及维护网络安全、数据路由、设备管理等任务。

Zigbee路由器(Router)：路由器可以增强Zigbee网络的覆盖范围和通信能力，从而可以实现更广泛的应用场景。路由器可以扩展网络范围，提高网络的可靠性，增强网络的冗余性，同时也可以增强数据传输的速度和准确性。

Zigbee终端设备(End Device)：终端设备是Zigbee网络中的最基本的组成部分，主要作用是采集数据、向网络提供数据并执行控制命令。终端设备通常具有各种传感器，可用于采集环境温度、湿度、光线、声音、气压等各种参数的数据，并将这些数据通过协调器或路由器传输给其他Zigbee设备。

Zigbee网络拓扑结构：Zigbee网络可以采用一些特殊的拓扑结构，如星型、网状和混合网络结构，以满足不同的物联网应用。在星型网络中，所有终端设备通过无线连接与协调器通信;在网状网络中，终端设备可以通过多个路由器连接成网状结构;在混合网络中，使用多种网络结构的结合，以满足不同的应用和性能需求。

总之，Zigbee组网原理主要通过协调器、路由器和终端设备构建分布式网络结构，采用不同的拓扑结构和协议栈，在物联网应用中实现数据采集、传输和控制操作。这种分布式网络结构可以增强网络的覆盖范围、通信能力和数据传输的可靠性，以满足各种不同的物联网应用需求。