zigbee怎么用？zigbee的应用之ZigBee学习笔记

作为一个硬件从业人员，虽然不是从事物理网行业的，但是多少得了解一些，以下是笔者最近学习Zigbee的笔记，包含了Zigbee基本知识，正确的学习方法。

Zigbee无线传感网络

先搞清楚IEEE802.15.4协议。

这个协议必须搞清楚，搞不定这个协议，Zigbee永远吃不透。其实学习这个很简单，如果学过TCP/ip的话，大家知道，我们要去掌握整个tcp/ip核心的话，我们要掌握以太网底层的一些协议，比如我们做驱动，我们做开发，如果说不懂的话，是没有办法做项目的，更直白一点，没法在工作中去解决实际的问题。对于老板来说，老板招人过来，就是要解决问题的，如果没有解决问题的能力，那在职场中是没有竞争力的。

ZIGBEE是什么？

在传统的无线网络当中，大家耳熟能详的就是两种，蓝牙和wifi。在物联网的世界，也存在物与物之间存在信息沟通的桥梁，也是通过无线技术，最经典的就是ZIGBEE技术，还有ZWAVE技术，不过ZWAVE在中国还是用得很少的。

为什么要引入zigbee呢？

有了Zigbee之后，全球才有了一个物联网的概念，Zigbee号称我们商用的第一个无线传感网络。

到目前为止，无论是国内还是全球，Zigbee是商用最多的，Zigbee做出来的产品是很多的，在国内，最典型的Zigbee应用是在智能家居领域，目前在国内推出的只能家居，绝对是Zigbee，为什么呢？

zigbee出来比较早，大概是在03年，Zigbee整个协议的这个技术现在变得很成熟。真正可商用化的产品，一定会选一个成熟的技术方案。

Zigbee能够干什么?

Zigbee主要用于构建无线局域网，如果这个无线局域网用于传感器的数据收集和监控，这个网络就叫做无线传感器网络（WSN:Wirelss Sensor Network），是无线局域网的具体应用。

Zigbee是属于无线传感网络的一种。

图中Sink node叫做集中器，负责整个Zigbee网络的管理和接入的，同时还负责和外围交互，可以和PC，互联网进行连接。

单纯的一个Zigbee是没有实际的应用场景的，现在使用的各种的物联网终端，最起码有一个app，需要用来观看无线传感网络中的信息，需要保证这个Sink node接入到我们的物联网当中来。

Zigbee特点

低功耗：6个月-2年，为什么是一个比较大的范围呢？任何一个低功耗的传感网络，首先需要问工作方式是什么，比如多长时间获取一次数据，多长时间发送一次数据，才能得到具体的使用时间。

高可靠性：用tcp/ip来解释，在tcp/ip协议中，有两种经典协议，TCP和UDP，一个是面向连接的，一个是无连接的，一个是可靠传输的，一个是不可靠传输的。无线连接本身存在不可靠性，zigbee针对这个做了一些高可靠性的机制。

低成本：开源，免专利费

碰撞避免机制，交互确认的机制，保证可靠通信

低延时：设备搜索时延30ms，休眠激活时延典型值是15ms，活动设备信道接入时延为15ms

低数据量：Zigbee每个网络模块射频前端的数据传输为250kbps

网络容量大：Zigbee可以采用星形，树形，网形的结构组网，而且可以通过任一节点组成更大的网络结构，从理论上讲，其可连接的节点多达65535个，其实就是一个16bit的数。实际应用中并没有这么多，实际受限于硬件资源。所谓的硬件资源就是芯片的ram，flash，是否能够容纳这么多的节点，是否能够管理。

高保密性：Zigbee提供了基于循环冗余校验（CRC)的数据包完整性检验和鉴权的功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。----所有的无线传输，都是通过一个射频的物理通道，任何人都可以利用zigbee协议开放特性，通过射频芯片发送数据包。但是与互联网一样，我们访问网站的时候，为什么要用https，是因为安全机制，个人网络不希望被人攻击，这个时候需要考虑网络的健壮性，保密性。Zigbee采用AES-128，并需要硬件支持

全球的通用性和完好的开发性：由于Zigbee标准协议，因此不同厂家芯片利用Zigbee通信将是轻而易举的事情。如ti的方案，恩智浦的方案，只要都满足Zigbee，互相通信将不是问题。

Zigbee学习模式

单片机+Zigbee=学习模式

只花20%的实际学习单片机的外设，编程。要花80%的时间放在Zigbee协议栈。只有这样才能用Zigbee来做项目，但是很多书籍都是大篇介绍单片机的使用，各种外设的使用。

学Zigbee其实学的是网络编程。Zigbee的代码量其实是挺大的，不要一上来就分析代码，要明白整个协议的设计，才能明白代码，才能读懂代码。

抓包分析：如果没有抓包能力，传输的数据就没法知道是上面什么意思，当网络不通的时候就没法分析。如果掌握抓包能力，发的任何信息都能知道是上面意思，这样才能把Zigbee掌握透彻。

Zigbee联盟

Zigbee协议标准的一个协会。

Zigbee硬件平台

TI，Jennic，Silicon Labs

不同厂家都有自己硬件上的芯片，都有自己软件的协议栈。

Zigbee协议栈

Zigbee协议实现的代码库

Zigbee协议栈，有一个分层的概念。不管是软件还是硬件项目，达到一定规模之后，都要进行分层，不分层的话，项目的管理，可扩展性等等效率问题解决不了。

Zigbee分层

最下面是IEEE802.15.4是一个标准，它规定了协议的物理层和MAC层，再上面是Zigbee的网络层Zigbee NWK（network）和应用层。网络层和应用层又分很多模块，为什么呢？

首先网络分层以后，要有加密特性（Security），再往上是一个Zigbee应用支持的子层，在网络层和应用层之间又开辟了一个子层（Zigbee ApplicaTIon Support Subplayer（APS））这个层起到承上启下的作用。承上指的是给整个Zigbee应用的框架。

Zigbee会根据不同的场景（ApplicaTIon Object），比如智能家居，能源，工业等等不同的场景，有一个库的概念。

针对设备终端的管理，又有单独的一个层，Zigbee Device object。

学习Zigbee就是学些Zigbee层与层之间的实现，或者说掌握层与层之间的交互，只有把各个功能模块之间了解清楚，Zigbee才有可能吃透。

IEEE802.15.4协议

Zigbee学习第一个要搞明白的就是Zigbee的物理层和Mac层，为什么呢？我们学习单片机，其实就是和硬件打交道，Zigbee通讯也是建立在硬件的基础之上的，硬件基础指的就是射频，要搞清楚这个无线射频到底是怎么来通讯的。如果说底层搞不清的话，应用层也是很难理解，因为它很抽象。-----所以说要搞清楚802.15.4这个协议。

Zigbee是由Zigbee联盟所主导的标准，定义了网络层，安全层和应用层，以及各种应用的产品架构；而由IEEE所制定的802.15.4标准，则是定义了物理和MAC层。

Zigbee协议，Zibgee联盟和IEEE组织都参与制定。

Zigbee网络分层

下面是MAC层和PHY层，其实几个网络协议都差不多，只是底层的实现不同。

比如wifi，wifi为什么能跑TCP/IP协议，wifi的物理层和以太网的物理层是完全不同的，如果没有把MAC和物理层分层的话，wifi是没有办法很容易的跑TCP/IP协议的。有了分层，我们就可以把以太网协议移植到射频里面来。

物理层频带参数

三个频段，国内用得最多是2.4Ghz-2.4835Ghz，在2.4G划分了16个信道（信道11到信道26），信道与信道的带宽是5Mhz，信道与wifi信道有交叉（如果应用中信号通讯不稳定，可以看下使用的信道是否和wifi相同，被占用比较多）

868MHZ--美国

915MHZ--欧洲

把数字信号变成一个射频信号，涉及到调制，调整方式为FSK（频移键控），通过频率的变化来表示我们的0，1信号，把数字信号变为模拟信号。

物理帧格式

前导码（4字节）：用于符合同步。

起始分隔符（1字节）：用于帧同步。

物理头端（1字节）：指定了物理服务数据单元的长度。

物理服务单元（