Zigbee网络

在智能家居系统中，WIFI可以用于大数据量通信，适合用于摄像头。尽管WIFI在通信速率上本可以做为所有节点间的通信手段，但考虑到WIFI用于TCP/IP的通信，而使用这样复杂的协议栈对于处理器要求比较高，另外加上功耗比较高，所以在慢速无线通信的时候，可以采用其他相对简单的无线通信。除了ISM频段，其他频段需要许可证，用于专用的通信，所以只可以在ISM频段下选择非WIFI的另外一种通信方式。

目前最常用的无线通信方式除了WIFI外主要有Zigbee/蓝牙等。Zigbee和蓝牙尽管都适合低速率传输，但Zigbee有更加强大的网络拓扑功能，而蓝牙目前最主要用来一对一的通信。

Zigbee简介

Zigbee(IEEE802.15.4)技术是2000年以来建立起的一种采用跳频技术和扩频技术来实现的无线通信技术，采用2.4G频段，该频段属于ISM。

IEEE802.15.4标准只是规定了物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)，但设计PHY和MAC的时候考虑到了之后协议扩展的需要，而zigbee在此基础上再加入了上层协议，包括网络层和应用层。

Zigbee网络

除了最简单的一对一通信之外，zigbee实现了各种网络结构，所有的zigbee网络中，都有唯一的一个核心，称之为协调器。除了协调器之外，还有一些其他的成员，根据网络中其他成员与协调器之间关系，可以分为星型网络，以及树型网络，还有最复杂的网格网络。

星型网络:所有的非协调器网络成员只与协调器之间直接通信，成员之间的通信通过协调器转发。

树型网络:整个网络拓扑是一个树型，网络中两个网络成员之间通信可能需要别的成员进行数据转发。因为为树型，任何两个非协调器成员之间的通信路径单一。

网格网络：网络拓扑是一个连通图，但可能不是树型，于是可能存在两个点的通信路径不唯一。

对于树型网络和网格网络，称参与通信数据转发的非协调器成员叫路由器，而不参与通信数据转发的成员叫节点。

Zigbee的优点以及缺点

Zigbee的优点主要有如下几点：

低功耗：引入休眠和唤醒机制。

低成本：Zigbee协议栈实现简单，无专利费的门槛。

网络容量大：当采用网格网络组网的时候，整个网络最大的规模可以到60000以上。一个区域内可以同时存在最多可达100个不同的Zigbee网络

安全性：采用AES 128位对称加密算法保障用户通信安全，非对称加密计算复杂度底，使用单片机完全可以完成。

通信可靠：动态组网，网络拓扑结构可能随时自动调整。

当然Zigbee也有缺点，缺点主要有如下几点：

传输距离小：Zigbee网络有效传输距离一般10米~75米，这个距离使得覆盖面积较小。用功率放大器可以扩大覆盖范围。

数据传输速率低：链路层上的速率只有200Kb/s，在此基础上，还有帧头、应答、重传以及信道竞争等等，所以实际的速率是很低的。

为何采用Zigbee

Zigbee的通信实现简单，协议栈可以在一个主频只有50MHz，RAM只有8k的处理器上运行，对硬件的要求很低。Zigbee动态组网，随时可以加入新的节点到网络，组网方便。Zigbee对于普通不带路由功能的节点通信采用休眠/唤醒机制，大多数情况下硬件可以处于休眠状态，功耗可以很低，两节5号电池可以使用半年之久。

考虑到智能家居系统之中，一些节点可能需要电池去供电，功耗是一个很重要的参考因素。大多数的通信在于节点状态汇报，网关发出控制指令等，而这些通信数据量都很低。从而，设计智能家居系统的时候，可以考虑使用zigbee作为智能网关与各个节点之间通信的手段，采用网格网络比星型网络更有优势。在Zigbee网格网络中，路由器因为随时需要通信转发，所以无法休眠，耗电量相对较大，设计时可以考虑使用在一些外部供电的节点上，例如电表抄表、智能插座;而不带路由功能的普通节点可以使用在一些电池供电的手持设备，例如家电控制模块。整个Zigbee网格网络的协调器由智能网关担当。

如此设计低速无线通信方案，比较实用、经济。

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