1. ZigBee簡介

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。

ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）遵循IEEE802.15.4標準的規(guī)定。

2. ZigBee設備類型

ZigBee網(wǎng)絡包含：

協(xié)調器（ZC）

路由器（ZR）

終端設備（ZED）

2.1 協(xié)調器

ZigBee網(wǎng)絡中協(xié)調器主要作用是建立和維護網(wǎng)絡。存儲網(wǎng)絡信息。是整個網(wǎng)絡的認證中心。

2.2 路由器

ZigBee網(wǎng)絡中路由器主要作用是網(wǎng)絡的擴展功能。在障礙周圍動態(tài)路由，為遠端節(jié)點與中心節(jié)點的提供信息通道。

2.3 終端設備

ZigBee網(wǎng)絡中終端設備是一個僅接收信息和發(fā)送信息的簡易功能的ZigBee設備。它只能處于ZigBee網(wǎng)絡的末端，并且只能與其父節(jié)點進行通信，可支持低功耗功能，沒有路由能力和網(wǎng)絡維護能力。

3. ZigBee網(wǎng)絡結構

ZigBee網(wǎng)絡可分為：星型網(wǎng)，樹狀網(wǎng)，網(wǎng)狀網(wǎng)（MESH網(wǎng)）。

（特別提示：星型和樹狀網(wǎng)絡適合點多多點、距離相對較近的應用）

3.1星型網(wǎng)

ZigBee星型網(wǎng)絡拓撲如下圖所示。星形拓撲是最簡單的一種拓撲形式，他包含一個Coordinator（協(xié)調者） 節(jié)點和一系列的 End Device（終端）節(jié)點。每一個End Device 節(jié)點只能和 Coordinator 節(jié)點進行通訊。如果需要在兩個 End Device 節(jié)點之間進行通訊必須通過Coordinator 節(jié)點進行信息的轉發(fā)。

這種拓撲形式的缺點是節(jié)點之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個路徑。Coordinator（協(xié)調者）有可能成為整個網(wǎng)絡的瓶頸。實現(xiàn)星形網(wǎng)絡拓撲不需要使用 zigbee 的網(wǎng)絡層協(xié)議，因為本身IEEE 802.15.4的協(xié)議層就已經(jīng)實現(xiàn)了星形拓撲形式，但是這需要開發(fā)者在應用層作更多的工作，包括自己處理信息的轉發(fā)。

ZigBee星型網(wǎng)絡拓撲

3.2 樹狀網(wǎng)

ZigBee樹狀網(wǎng)絡拓撲如下圖所示。樹狀拓撲包括一個Coordinator（協(xié)調者）以及一系列的 Router（路由器） 和 End Device（終端）節(jié)點。Coordinator 連接一系列的 Router 和 End Device， 他的子節(jié)點的 Router也可以連接一系列的 Router 和End Device. 這樣可以重復多個層級。

需要注意的是：

Coordinator 和 Router節(jié)點可以包含自己的子節(jié)點。

End Device 不能有自己的子節(jié)點。

有同一個父節(jié)點的節(jié)點之間稱為兄弟節(jié)點

有同一個祖父節(jié)點的節(jié)點之間稱為堂兄弟節(jié)點

每一個節(jié)點都只能和他的父節(jié)點和子節(jié)點之間通訊。

如果需要從一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，那么信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節(jié)點然后再向下傳遞到目標節(jié)點。

這種拓撲方式的缺點就是信息只有唯一的路由通道。另外信息的路由是由協(xié)議棧層處理的，整個的路由過程對于應用層是完全透明的

ZigBee樹狀網(wǎng)絡拓撲

3.3網(wǎng)狀網(wǎng)

ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲如下圖所示。網(wǎng)狀拓撲包含一個Coordinator和一系列的Router 和End Device。這種網(wǎng)絡拓撲形式和樹狀拓撲相同；請參考上面所提到的樹狀網(wǎng)絡拓撲。但是，網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲具有更加靈活的信息路由規(guī)則，在可能的情況下，路由節(jié)點之間可以直接的通訊。這種路由機制使得信息的通訊變得更有效率，而且意味這一旦一個路由路徑出現(xiàn)了問題，信息可以自動的沿著其他的路由路徑進行傳輸。

通常在支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡的實現(xiàn)上，網(wǎng)絡層會提供相應的路由探索功能，這一特性使得網(wǎng)絡層可以找到信息傳輸?shù)淖顑?yōu)化的路徑。需要注意的是，以上所提到的特性都是由網(wǎng)絡層來實現(xiàn)，應用層不需要進行任何的參與。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構的網(wǎng)絡具有強大的功能，網(wǎng)絡可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡；網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能；

ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲

4. ZigBee地址分配機制

ZigBee 2007協(xié)議中，網(wǎng)絡地址分配機制為樹狀網(wǎng)絡分配機制，其主要實現(xiàn)為：

假設子設備數(shù)量的最大值nwkMaxChildren(Cm），網(wǎng)絡最大深度為nwkMaxDepth(Lm），父節(jié)點將路由設備作為它的子設備的最大數(shù)為nwkMaxRouters(Rm)，自身網(wǎng)絡深度(d)，則可計算函數(shù)Cskip(d)m，該函數(shù)為在給定網(wǎng)絡深度和路由子設備個數(shù)的條件下福設備所能分配子區(qū)段地址數(shù)：

如果一個設備Cskip(d)的值為0，則沒有路由能力，該設備為終端設備；

如果一個設備Cskip(d)的值大于0，則有路由能力，該設備為路由器設備。

網(wǎng)絡中分配地址為（n為當前分配節(jié)點個數(shù)）

終端：An=Ak+1+Cskip(d)*(n-1)

路由器：An=Ak+Cskip(d)*Rm*(n-1);

下一個路由器設備分配地址為前一個已分配路由器地址加Cskip偏移量

CurNodeInfo.NextRouterAddr+ = CurNodeInfo.Cskip;

下一個要分配的終端設備地址為前一個已知分配地址+1

CurNodeInfo.NextEndDevAddr++;

5. ZigBee樹狀路由機制

假設一個路由器要發(fā)送數(shù)據(jù)包到目標地址D。這個路由器的網(wǎng)絡地址個網(wǎng)絡深度為A和d。它首先會判斷目標地址設備是否是它的子設備，應當滿足：

A < D < A+Cskip(d-1)

如果目標設備是它的子設備，下一跳地址就是

否則，路由器將此數(shù)據(jù)包發(fā)向它的父節(jié)點。

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