ZigBee技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最常用的無線技術(shù)，目前在智能家居、農(nóng)田智能管理、節(jié)能應(yīng)用等行業(yè)得到大量應(yīng)用。為方便大家利用ZigBee進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，今天對ZigBee協(xié)議棧及組網(wǎng)相關(guān)知識做個分享。
圖1 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
ZigBee協(xié)議棧可以分為四層:物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)及應(yīng)用層(APL)。如圖2所示，粉色的部分是由IEEE標(biāo)準(zhǔn)中定義的，淺藍(lán)色部分是由ZigBee聯(lián)盟規(guī)定的，黃色部分是由設(shè)備廠商自行定義。
圖2 ZigBee協(xié)議棧圖示
ZigBee協(xié)議棧的物理層及MAC層都是IEEE802.5.14標(biāo)準(zhǔn)中定義的。PHY層(物理層)規(guī)定了所使用的頻段，以及所使用的編碼、調(diào)制、擴(kuò)頻、調(diào)頻等無線傳輸技術(shù)。
MAC層的主要作用規(guī)定了無線信道的訪問控制機(jī)制，也就是規(guī)定各個設(shè)備按照什么規(guī)矩輪流使用信道；如果沒有MAC層協(xié)議，節(jié)點(diǎn)一多，沒有規(guī)矩的收發(fā)機(jī)制，就會發(fā)生信號沖突，則無法正常傳輸數(shù)據(jù)了。
ZigBee協(xié)議棧在802.15.4協(xié)議基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是負(fù)責(zé)設(shè)備的連接和斷開、在幀數(shù)據(jù)傳遞時采用的安全機(jī)制、路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)。簡單說，就是保障設(shè)備之間的組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。
標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，而建立一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)除了必須要有的協(xié)調(diào)器之外，僅需加上路由器或終端節(jié)點(diǎn)即可。
在啟動標(biāo)準(zhǔn)ZigBee Pro網(wǎng)絡(luò)通訊前，如果沒有建立存儲跳轉(zhuǎn)路徑的路由表，則節(jié)點(diǎn)無法通信，同樣需要定時地發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文檢查節(jié)點(diǎn)是否異常。由此可見，ZigBee Pro不僅啟動速度慢，而且定時發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文占用大量的帶寬。
圖3 ZigBee Pro組網(wǎng)圖示
若網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點(diǎn)都具備對等的數(shù)據(jù)傳輸功能，且無須協(xié)調(diào)器管理網(wǎng)絡(luò)，那么網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)都可以主動傳輸數(shù)據(jù)，這樣用戶就無需理會具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯然使用會更加方便，且施工人員也無需了解相關(guān)配置等。
基于此，ZLG致遠(yuǎn)電子憑借對無線技術(shù)的深厚積累以及豐富實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上開發(fā)了FsatZigBee透明對等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
圖4 致遠(yuǎn)電子FastZigBee組網(wǎng)圖示
其特點(diǎn)優(yōu)勢如下：
1、啟動零延時：FastZigBee節(jié)點(diǎn)上電無需組網(wǎng)等待，可直接根據(jù)配置信息數(shù)據(jù)輸出，較小喚醒啟動組網(wǎng)時間和功耗；
2、節(jié)點(diǎn)容量大：FastZigBee采用16bit短地址管理方式，在輪訊機(jī)制下，理論上節(jié)點(diǎn)容量高達(dá)65535個；
3、完全透明：FastZigBee采用透明傳輸，用戶可隨意創(chuàng)建私有協(xié)議格式，不局限與固定第三方協(xié)議；
4、無需二次開發(fā)：FastZigBee組網(wǎng)協(xié)議內(nèi)嵌模塊中，可使用配套軟件或者AT配置命令配置，方便快速組網(wǎng)通信。
圖5 FastZigBee點(diǎn)對點(diǎn)及多點(diǎn)通信圖示
一般情況下節(jié)點(diǎn)數(shù)量不多時，我們可以通過配套配置工具即可快速完成配置投入使用。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量到一定的程度是，如果還是一個一個節(jié)點(diǎn)去配置，顯然非常麻煩，那么可使用AT命令控制FsatZigBee模塊進(jìn)入自組網(wǎng)模式，快速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場動態(tài)組網(wǎng)。
圖6 主機(jī)模塊自組網(wǎng)過程圖示
圖7 從機(jī)模塊自組網(wǎng)圖示
如若后期需要對現(xiàn)場進(jìn)行更新，對于局域網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量及布局進(jìn)行更改，亦可通過命令控制主機(jī)模塊重新獲取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從機(jī)模塊退出之前加入的網(wǎng)絡(luò)，再次進(jìn)入自組網(wǎng)快速完成新的網(wǎng)絡(luò)搭建。
圖8 主機(jī)重新獲取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)
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