Zigbee的协议栈结构介绍
zigbee技术已经出现近十多年。记得zigbee出现初期，曾有一批公司以zigbee应用为创业方向。可以说至今zigbee市场始终没有红火起来，不过随着近年智能家居的应用逐渐增多，zigbee技术又时常会出现在我们眼前。与同样是2.4ghz频段的蓝牙，wi-fi技术相比、zigbee可以说是一个熟悉又陌生的技术。
图1：zigbee模块与应用它的智能家居产品（图片拍摄于智能家居展）
什么是zigbee技术？
我们来看看zigbee联盟是如何回答这个问题的：zigbee联盟称其为“唯一完整的物联网解决方案，具有mesh网络和通用的语言，这使得智能设备可以协同工作”。这个回答够简单也够直接。
mesh网络表示其具有动态自组网能力，对等网络节点可以互连互通，每个节点都可以作为ap使用，从而实现动态路由，大幅提高网络通信效率，适用于多设备网络。万一某个ap节点故障，便可自动开辟新的传输路线，保证数据传输。通用的语言，应该就是标准的协议栈，与蓝牙、wi-fi产品一样，不同供应商按照标准协议开发的产品可以互相组网工作。 以上两点确实高度概括，初步指也是适合智能家居的应用场景。据研究者分析，以100平米大小的住宅为例，需要联网的智能家居设备最低也要超过50个，一般的wi-fi ap难以管理如此多的设备。另外，这些设备多为传感器应用的简易设备，自动组网以及网络故障自修复能力对其至关重要。智能家居设备品牌众多，标准的协议栈也是不可或缺的。
mesh网络结构及技术指标
除了以上高度概括的两句话外，zigbee的mesh网络结构及技术指标如下。
网络设备分类构成：
coordinator（routing capable）--协调员
router--路由器
end device--终端设备
zigbee green power device--针对绿色能源应用的zigbee设备
图2：zigbee mesh网络拓扑图
（引自https://www.cnblogs.com/stonecastle/p/3140146.html）
网络规模：理论上支持65000个设备组网
无线技术：采用802.15.4标准
频段：2.4ghz
带宽及通道数量：2mhz/16通道
数据传输速率：250kbs
支持加密技术：aes-128
通信距离：
大于300米，室外无遮条件下
75--100米，室内
低功耗：支持设备睡眠模式
由于智能家居设备有许多采用电池供电的传感器设备，低功耗是不可回避的。zigbee技术也是专门针对低功耗应用的无线解决方案，其标准专门定义了设备睡眠模式。
图3：zigbee的特色（图片来自zigbee联盟官网）
zigbee的协议栈结构
接下来我们再了解一下zigbee的协议栈，请看图4：
图4：zigbee协议栈结构（图片来自zigbee specification）
从图4可以看出，协议层结构分为硬件与软件，硬件层包括ieee 802.15.4定义的phy（物理层）和mac（介质访问层），软件层为zigbee联盟定义的nwk（网络层）、aps（应用程序支持层）、apl（应用层）。对于zigbee协议栈的使用者而言，无非就是利用协议栈实现zigbee设备组网、数据发送和数据接收功能。 智能家居开发工程师在采用zigbee技术上一般可以通过以下两种方式实现。
一为直接采用zigbee模块，模块与系统控制mcu通信，将要组网和数据收发功能通过zigbee模块去实现。这样做的优点是系统开发周期短、技术难度小、回避射频设计，缺点是成本高，体积大。
另一种为采用带有zigbee功能的soc，将系统应用与zigbee系统融合为一体。优点为集成度高、成本低；缺点为技术难度高，需要具有一定的射频设计能力。
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