ZigBee技術作為物聯(lián)網(wǎng)領域最常用的無線技術，目前在智能家居、農(nóng)田智能管理、節(jié)能應用等行業(yè)得到大量應用。為方便大家利用ZigBee進行項目開發(fā)，今天對ZigBee協(xié)議棧及組網(wǎng)相關知識做個分享。

圖1 ZigBee無線網(wǎng)絡應用

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)絡層(NWK)及應用層(APL)。如圖2所示，粉色的部分是由IEEE標準中定義的，淺藍色部分是由ZigBee聯(lián)盟規(guī)定的，黃色部分是由設備廠商自行定義。

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標準中定義的。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、擴頻、調(diào)頻等無線傳輸技術。

MAC層的主要作用規(guī)定了無線信道的訪問控制機制，也就是規(guī)定各個設備按照什么規(guī)矩輪流使用信道；如果沒有MAC層協(xié)議，節(jié)點一多，沒有規(guī)矩的收發(fā)機制，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)議基礎上定義了網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層的主要作用是負責設備的連接和斷開、在幀數(shù)據(jù)傳遞時采用的安全機制、路由發(fā)現(xiàn)和維護。簡單說，就是保障設備之間的組網(wǎng)和網(wǎng)絡節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸。

標準的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)議包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點，而建立一個ZigBee網(wǎng)絡除了必須要有的協(xié)調(diào)器之外，僅需加上路由器或終端節(jié)點即可。

在啟動標準ZigBee Pro網(wǎng)絡通訊前，如果沒有建立存儲跳轉路徑的路由表，則節(jié)點無法通信，同樣需要定時地發(fā)送網(wǎng)絡報文檢查節(jié)點是否異常。由此可見，ZigBee Pro不僅啟動速度慢，而且定時發(fā)送網(wǎng)絡報文占用大量的帶寬。

圖3 ZigBee Pro組網(wǎng)圖示

若網(wǎng)絡上的任意節(jié)點都具備對等的數(shù)據(jù)傳輸功能，且無須協(xié)調(diào)器管理網(wǎng)絡，那么網(wǎng)絡中的任何節(jié)點都可以主動傳輸數(shù)據(jù)，這樣用戶就無需理會具體的網(wǎng)絡結構，顯然使用會更加方便，且施工人員也無需了解相關配置等。

基于此，ZLG致遠電子憑借對無線技術的深厚積累以及豐富實戰(zhàn)經(jīng)驗，在ZigBee協(xié)議棧的基礎上開發(fā)了FsatZigBee透明對等網(wǎng)絡協(xié)議。

圖4 致遠電子FastZigBee組網(wǎng)圖示

其特點優(yōu)勢如下：

1、啟動零延時：FastZigBee節(jié)點上電無需組網(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)點容量大：FastZigBee采用16bit短地址管理方式，在輪訊機制下，理論上節(jié)點容量高達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點對點及多點通信圖示

一般情況下節(jié)點數(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。當節(jié)點數(shù)量到一定的程度是，如果還是一個一個節(jié)點去配置，顯然非常麻煩，那么可使用AT命令控制FsatZigBee模塊進入自組網(wǎng)模式，快速實現(xiàn)現(xiàn)場動態(tài)組網(wǎng)。

圖6 主機模塊自組網(wǎng)過程圖示

圖7 從機模塊自組網(wǎng)圖示

如若后期需要對現(xiàn)場進行更新，對于局域網(wǎng)內(nèi)節(jié)點數(shù)量及布局進行更改，亦可通過命令控制主機模塊重新獲取網(wǎng)絡參數(shù)，從機模塊退出之前加入的網(wǎng)絡，再次進入自組網(wǎng)快速完成新的網(wǎng)絡搭建。

圖8 主機重新獲取網(wǎng)絡參數(shù)

圖9 從機模塊退網(wǎng)操作

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圖10 AW516X系列模塊實物圖