ZigBee模块无线通信组网结构技术之Mesh拓扑网状

Zigbee模块Mesh组网络拓扑包括Co-ordinator(zigbee协调器)节点和多个Router(zigbee模块无线路由)节点和Enddevice(zigbee终端)节点。网络拓扑形式与树形拓扑形式大致相同;然而，根据树形结构，网络网络拓扑是一种拓扑形式，具有更灵活的无线通信无线路由规则。如果可能，可以直接通过无线路由节点。这种无线路由机制使得节点间的信息通信变得更加的有效率，而且这也意味当无线通信时一个无线路由路径中出现了问题，信息也可以沿着其他的无线路由自动通过传输。

无论哪种网络方式，只要有多个节点，都涉及到无线路由和交换。也就是说，在每一个聚合节点中，都需用对无线通信数据信息通过无线路由指向，并交换信息内容，这相当于一个路口网关。

Zigbee网络MESH网络拓扑结构的网络功能非常强大，zigbee网络模块网络可以通过多级跳跃无线通信;MESH网络拓扑结构也可以形成非常复杂的网络;其网络还具有自组织和自愈的功能。

星点对多点、传输距离较近的情况下，星型和树型网络更适合应用。

Zigbee无线通信模块是一种基于Zigbee协议的无线通信模块，常常被用于无线传感器网络中的数据采集、传输和控制操作。Zigbee无线通信模块支持低成本、低功耗、低数据速率的无线传输，具有广泛的应用场景，如家庭自动化、智能电网、医疗卫生、物流管理等领域。通过与其他Zigbee兼容的设备互相连接，Zigbee无线通信模块可以实现无线传感器节点之间的数据收集和控制命令传递，从而实现物联网设备的智能化控制和管理。Zigbee无线通信模块的特点包括灵活、可靠、安全和低功耗等。不同的Zigbee无线通信模块具有不同的通信距离、数据速率和功耗等，需要根据实际需求和应用场景进行选择和配置。

Zigbee无线通信模块遵循IEEE 802.15.4标准，基于低功率的无线传输技术实现设备之间的通信。以下是Zigbee无线通信模块的工作原理：

Zigbee协议栈：Zigbee无线通信模块内部有一套完整的Zigbee协议栈，包括物理层、MAC层、网络层和应用层。物理层负责无线信号的调制和解调，MAC层实现帧格式转换、数据的发送和接收，网络层处理路由、组网和安全等任务，应用层实现更高层次的协议和应用。

节点类型：Zigbee无线通信模块支持三种节点类型，包括协调器、路由器和终端设备。协调器是网络中的根节点，并负责网络的管理和维护;路由器负责数据包的转发和中继，用于组建多跳网络结构;终端设备是最基本的节点类型，用于实现数据的采集和发送。

在经典物理学中，波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。假设将一个障碍物置放在光源和观察屏之间，则会有光亮区域与阴晦区域出现于观察屏，而且这些区域的边界并不锐利，是一种明暗相间的复杂图样。这现象称为衍射，当波在其传播路径上遇到障碍物时，都有可能发生这种现象。除此之外，当光波穿过折射率不均匀的介质时，或当声波穿过声阻抗(acoustic impedance)不均匀的介质时，也会发生类似的效应。在一定条件下，不仅水波、光波能够产生肉眼可见的衍射现象，其他类型的电磁波(例如X射线和无线电波等)也能够发生衍射。由于原子尺度的实际物体具有类似波的性质，它们也会表现出衍射现象，可以通过量子力学研究其性质。在适当情况下，任何波都具有衍射的固有性质。然而，不同情况中波发生衍射的程度有所不同。如果障碍物具有多个密集分布的孔隙，就会造成较为复杂的衍射强度分布图样。这是因为波的不同部分以不同的路径传播到观察者的位置，发生波叠加而形成的现象。衍射的形式论还可以用来描述有限波(量度为有限尺寸的波)在自由空间的传播情况。例如，激光束的发散性质、雷达天线的波束形状以及超声波传感器的视野范围都可以利用衍射方程来加以分析。

组网拓扑结构：Zigbee无线通信模块支持多种组网拓扑结构，包括星型、网状和混合型。星型拓扑结构中所有设备都直接连接到协调器上，网状拓扑结构中设备之间可以通过多个路由器进行通信，混合型拓扑结构将两种结构融合在一起，可以根据需要来选择和配置。

数据传输：在Zigbee网络中，数据传输使用簇(cluster)的概念来组织数据。每个簇负责一个特定的功能，并由一个唯一的簇ID来识别。数据包的格式包括帧头、MAC帧、网络层帧和应用层数据，各层之间通过帧格式转换进行交互。

安全性：Zigbee无线通信模块支持多层安全机制，包括加密、身份验证和密钥管理等。通过使用安全机制可以保护通信数据的机密性、完整性和可用性，从而保障数据的安全性。

综上所述，Zigbee无线通信模块的工作原理包括协议栈、节点类型、组网拓扑结构、数据传输和安全等方面的内容，通过这些机制，Zigbee无线通信模块实现了低功耗、可靠和安全的无线通信能力。

Zigbee无线通信模块主要的应用在物联网领域，具有以下几个作用：

数据采集：Zigbee无线通信模块能够将传感器数据采集并传输给指定的设备或系统，例如温度、湿度、气压、光照等传感器数据。

远程控制：通过与其他Zigbee兼容的设备互相连接，Zigbee无线通信模块可以实现无线设备之间的远程控制和管理，如家庭自动化、智能电网、医疗卫生、物流管理等领域，可以实现物联网设备的智能化控制和管理。

数据传输：Zigbee无线通信模块支持低成本、低功耗、低数据速率的无线传输，数据传输速度适中，可用于中短距离的无线传输应用。

节能环保：Zigbee无线通信模块采用低功耗的传输技术，具有较长的电池寿命，能够实现设备的节能环保。

因此，Zigbee无线通信模块在工业自动化、智能家居、物联网、智能交通、健康医疗等领域都有广泛的应用。

zigbee网络节点设计要求

(1)可供选择的无线频段。无线频段的选择要兼具较高的传输速率和较好的绕射性能，同时要具备一定的抗干扰力。2.4ghz频段是ieee 502.15.4定义的工作在ism频段的两个工作频段之一，有16个速率为250kb/s的信道。

(2)体积小，成本低，易于大规模布建。zigbee技术较其它无线技术的优势在于自组网，这就需要布建大规模的网络节点，因此成本问题凸显出来，有资料显示：10$左右的zigbee网络节点有较高的性价比。

(3)可靠性。与有线传输介质相比，无线信号传输更容易受到衰落、多径和干扰等问题，zigbee网络是工作在2.4ghz ism频段，与其他无线信道之间干扰是不可避免的。为保证网络在有效范围内建立可靠的传输，网络节点应选择合理的信道接入方式，有效减少帧冲突，使用合理的扩频技术。

(4)通用性。布建zigbee网络的最终目的是通过网络完成各类操作，主要是i/o操作和a/d操作，这就要求网络节点有一定的通用性，能满足各类传感器和终端设备的操作要求。

(5)低功耗，支持电池供电。低功耗是zigbee的重要特征，支持休眠-唤醒模式和引入功率控制机制使设备更加省电。典型的zigbee节点在使用普通电池供电的情况下工作12个月以上。

zigbee网络节点的设计应按照上述的原则与规划进行硬件设计和软件设计。cc2530的zigbee网络节点pcb设计是硬件设计的关键，它同时具备数字电路与高频电路的特点。在元件布局尽量紧凑、美观;在数字信号线走线上做到自然、平滑;高频部分包括匹配电感、电容布局尽量独立、避免干扰，并符合天线特性;节点接口分布采用ti标准接口形式，结构稳固可靠。由于cc2530集无线收发和微处理器于一体，只需要极少的外围辅助电路[3]，因此pcb的设计要完全适合无线传感器网络应用。本设计中zigbee网络节点pcb图和实物如图5所示。pcb板的尺寸为长宽高25mm×41mm×1.6mm，接口为11×2双排插针，间距2.54mm。接口管脚定义为ti的标准接口。

经实地测量，在不加功率增益的情况下有效传输距离120米;最大输出功率10dbm;接收灵敏度-97dbm;功耗方面：接收模式24ma，发送模式29ma，低功耗模式0.4ua。该设备具有功能模块专一、接口稳固通用的特点，8路模拟量输入接口，4路数字量输入输出接口，2路数字量输出接口和1个rs232接口。