ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议,主要应用于个人区域网络。它支持简单的网络设备、网络设备的安装、网络的维护和安全。ZigBee协议的设计主要面向控制和监测的应用,尤其是对于数据传输要求不高的场合。下面详细解释ZigBee的基本概念及协议术语。 ZigBee网络中的逻辑设备类型主要分为三种:协调器(coordinator)、路由器(router)和终端设备(end-device)。 - 协调器(coordinator):它负责启动网络,为网络建立安全机制,保持跟踪网络中的设备,并且管理网络的拓扑结构。协调器是ZigBee网络的核心节点,负责分配网络地址,通常只有协调器设备才能成为PAN(个人局域网络)的起始点。 - 路由器(router):路由节点具有转发数据包的功能,可以扩展网络的覆盖范围,支持其他节点的数据通信。路由器不仅能够与其他路由器和协调器通信,还可以与终端设备通信。 - 终端设备(end-device):终端设备是网络中的最小单元,它不具有路由功能,价格较低,通常作为传感器或执行器使用。终端设备通常与路由器或协调器通信,不能转发其他设备的数据包。 ZigBee工作在2.4GHz的ISM(工业、科学和医疗)频段上,该频段被分为16个独立的信道,每个信道间隔5MHz。使用这个频段的好处在于该频段是免许可的,可以在全球许多国家使用,但是设备制造商需要符合一定的发射功率和带宽限制,以避免与其他无线技术的干扰。 ZigBee网络中的绑定是应用设备之间信息流的控制机制,主要分为直接绑定(通过串口)、间接绑定和OTA(空中)绑定三种类型。其中直接绑定意味着通过物理或串行通信接口将两个设备绑定在一起,间接绑定通常使用ZigBee网络提供的消息机制来完成设备绑定。 配置文件(profile)是ZigBee协议中的应用程序框架,它对逻辑组件及其接口进行描述,是面向特定应用的规范和标准。配置文件没有程序代码,而是包含设备ID、事务ID(Cluster ID)、属性ID以及应用框架服务类型等信息。每个应用都对应一个配置文件。 ZigBee设备中的端点(endpoint)是一种逻辑上的划分,类似于网络中的端口概念。每个ZigBee设备可以支持多达240个端点,端点0保留给ZigBee设备对象(ZDO)接口,端点1至240可以供用户自定义应用对象使用,而端点255是广播地址,端点241至254保留用于未来使用。 NWK寻址类型在ZigBee中包括64位IEEE长地址和16位短地址。64位长地址是设备的唯一标识,通常由协调器分配,而16位短地址则是网络地址,用以识别设备在网络中的位置。网络地址分配由协调器完成,并且涉及到网络的拓扑结构如最大深度(max_depth)、最大子节点数量(Max_children)以及路由器或协调器节点处理的子节点的最大个数(Max_router)。 路由方面,ZigBee使用单点(unicast)、多点(multicast)和广播(broadcast)三种数据包传送方式。路由器节点负责寻找数据的最佳传输路径,并将数据有效地传送到目的节点。 属性(attribute)是设备之间通信的每一种数据,例如开关的状态或温度计值等。每个属性都有唯一的ID。簇(cluster)是多个属性的汇集,每个簇也拥有唯一的ID。终端(endpoint)是支持一个或多个簇的代码功能块,不同的设备通过它们的终端及所支持的簇进行通信。 在实际应用中,ZigBee设备会使用结构体来描述终端描述符(endPointDesc)和简单描述符(SimpleDescriptionFormat)。每个终端描述符包含了终端号、任务ID指针、简单描述符和网络延迟请求。这样,一个设备就可以有多个终端(EP1-EP240),每个终端都有其描述符,共同构成设备的通信基础。 ZigBee协议还定义了网络层的数据包格式、寻址机制、路由协议以及应用层框架等关键特性,这些特性使得ZigBee非常适合于低功耗、低成本的无线通信需求,尤其适用于家居自动化、工业控制和个人区域网络。
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