ZigBee

ZigBee模も块芯片へん

ZigBee，也称紫むらさき蜂はち，是ぜ一种低速短距离传输的无线网络协议，底そこ层是采さい用ようIEEE 802.15.4标准规范的てき媒体ばいたい访问层与あずか物理ぶつり层。主要しゅよう特色とくしょく有ゆう低速ていそく、低てい耗电、低てい成本なりもと、支持しじ大量たいりょう网络节点、支持しじ多た种网络拓つぶせ扑、低てい复杂度ど、可か靠もたれ、安全あんぜん。

发展历程

主要しゅよう由ゆかりHoneywell公司こうし组成的てきZigBee Alliance制定せいてい，从1998年ねん开始发展，于2001年ねん向むかい电机电子工程こうてい师学会がっかい（IEEE）提案ていあん纳入IEEE 802.15.4标准规范之の中なか，自じ此将ZigBee技わざ术渐渐成为各业界共同きょうどう通用つうよう的てき低速ていそく短たん距无线通信つうしん技わざ术之一いち。

IEEE802.15.4/ZigBee协议概がい述じゅつ

IEEE802.15.4协议是ぜIEEE802.15.4工作こうさく组为低速ていそく率りつ无线个人区域くいき网（WPAN:Wireless Personal Area Network）制定せいてい的てき标准，该工作こうさく组成立せいりつ于2002年ねん12月，致力于定义一种廉价的，固定こてい、便びん携或移うつり动设备使用しよう的てき，低てい复杂度ど、低てい成本なりもと、低てい功こう耗、低速ていそく率りつ的てき无线连接技わざ术，并于2003年ねん12月がつ通どおり过了第だい一いち个802.15.4标准。随ずい着ぎ无线传感器き网络技わざ术的发展，无线传感器き网络的てき标准也得到いた了りょう快速かいそく的てき发展。802.15.4标准定てい义了在ざい个人区域くいき网中通どおり过射频方式しき在ざい设备间进行ぎょう互连的てき方式ほうしき与あずか协议，该标准じゅん使用しよう避免冲突的てき载波监听多た址し接せっ入にゅう以方式しき作さく为媒体ばいたい访问机つくえ制せい，同どう时支持しじ星ほし型がた与あずか对等型がた拓つぶせ扑结构。

在ざい802.15.4标准中ちゅう指定してい了りょう两个物理ぶつり频段和わ直接ちょくせつ序列じょれつ扩频（DSSS）物理ぶつり层频段だん：868/915MHz和わ2.4GHz。2.4GHz的てき物理ぶつり层支持しじ空そら气中250kb/s的てき速そく率りつ，而868/915MHz的てき物理ぶつり层支持しじ空そら气中20kb/s和わ40kb/s的てき传输速そく率りつ。由よし于数据すえ包つつみ开销和わ处理延のべ迟，实际的てき数すう据すえ吞吐量りょう会かい小しょう于规定じょう的てき比ひ特とく率りつ。作さく为支持しじ低速ていそく率りつ、低てい功こう耗、短たん距离无线通信つうしん的てき协议标准，802.15.4在ざい无线电频率りつ和わ数すう据すえ率りつ、数かず据すえ传输模型もけい、设备类型、网络工作こうさく方式ほうしき、安全あんぜん等とう方面かたも都と做出了りょう说明。并且将はた协议模型もけい划分为物理ぶつり层和媒体ばいたい接せっ入にゅう控ひかえ制せい层两个子层进行ぎょう实现。

ZigBee协议是ぜ由よしZigBee联盟制定せいてい的てき无线通信つうしん标准，该联盟めい成立せいりつ于2001年ねん8月がつ。2002年ねん下か半年はんとし，英国えいこくInvensys公司こうし、日本にっぽん三菱みつびし电气公司こうし、美国びくに摩ま托たく罗拉公司こうし以及荷に兰飞利とぎ浦うら半はん导体公司こうし共同きょうどう宣布せんぷ加入かにゅうZigBee联盟，研けん发名为“ZigBee”的てき下か一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。ZigBee联盟现有的てき理事りじ公司こうし包括ほうかつBM Group，Ember公司こうし，飞思卡尔半はん导体，Honeywell，三菱みつびし电机，摩ま托たく罗拉，飞利浦うら，三星みつぼし电子，西にし门子，及德州しゅう仪器。ZigBee联盟的てき目的もくてき是ぜ为了在ざい全ぜん球たま统一标准上实现简单可靠、价格低廉ていれん、功こう耗低、无线连接的てき监测和わ控ひかえ制せい产品进行合作がっさく，并于2004年ねん12月发布了りょう第だい一いち个正式しき标准。

缩写与あずか用よう语解释

• AF - Application Framework（应用层框架か）。
• APL - Application Layer（应用层）。
• APS - Application Support sublayer（应用支ささえ撑层）。
• MAC - Media Access Control layer（媒体ばいたい访问控ひかえ制せい层）。
• NIB - Network Information Base（网络信しん息いき库）
• NWK - Network layer（网络层）。
• PHY - Physical layer（物理ぶつり层）。
• WPAN - Wireless Personal Area Network。为IEEE 802.15族ぞく系けい所しょ规范的てき一系列无线个人区网标准。
• ZC - ZigBee Coordinator（ZigBee协调员）。
• ZDO - ZigBee Device Object（ZigBee设备对象）。
• ZED - ZigBee End Device（ZigBee终端设备）。
• ZR - ZigBee Router（ZigBee路ろ由ゆかり）。
• FFD - Full Function Device（全ちょん功いさお能のう器き件けん）。
• RFD - Reduce Function Device（精せい简功能のう器き件けん）。

协议层与标准说明

ZigBee协议层从下か到いた上分かみぶん别为物理ぶつり层（PHY）、媒体ばいたい访问层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）等とう。网络设备的てき角かく色しょく可分かぶん为ZigBee Coordinator、ZigBee Router、ZigBee End Device等とう三さん种。支持しじ网络拓つぶせ扑有星ほし型がた、树型、网型等とう三さん种。

网络层（NWK）

网络层负责以下か工作こうさく：

• 加入かにゅう与あずか离开某ぼう个网络
• 将しょう数すう据すえ包つつみ做安全あんぜん性せい处理
• 传送数すう据すえ包つつめ到いた目め标节点てん
• 找寻并维护节点てん间的绕径路ろ线
• 搜索そうさく邻节点てん
• 存そん储相关邻节点信しん息いき

ZigBee Coordinator额外工作こうさく：

• 发起一いち个网络
• 设置各かく项网络参数すう
• 分派ぶんぱ网络地ち址し并规范网络地址し分ぶん发原则

NWK Primitives（网络层原语）

• NLDE-DATA
• NLME-NETWORK-DISCOVERY
• NLME-NETWORK-FORMATION
• NLME-PERMIT-JOINING
• NLME-START-ROUTER
• NLME-JOIN
• NLME-DIRECT-JOIN
• NLME-LEAVE
• NLME-RESET
• NLME-SYNC
• NLME-GET
• NLME-SET

ZigBee V1.1新しん增ぞう：

• NLME-ROUTE-ERROR
• NLME-ROUTE-DISCOVERY
• NLME-TEST

应用层（APL）

• ZigBee应用层包含ほうがん应用程ほど序じょ支持しじ子こ层（APS）、应用程ほど序じょ框かまち架か（AF）、ZigBee设备管かん控ひかえ对象（ZDO）与あずか各かく厂商定てい义的应用程ほど序じょ对象。
• APS次じ层提供ていきょう网络层与应用层之间的接せっ口こう，维持对象之の间的链接表ひょう（binding table），并在链接的てき设备之の间传递消息いき，它也维持了りょう一いち个APS信しん息いき库（APS Information Base, AIB）。
• ZDO的てき功こう能のう包括ほうかつ起おこり始はじめ应用程ほど序じょ支持しじ子こ层、网络层以及安全あんぜん服ふく务等。

应用程ほど序じょ支持しじ子こ层（APS）

APS子こ层是负责上じょう层应用よう程ほど序じょ对象与あずか下しも层网络层的てき协调。其工作こうさく有ゆう：

• 维护Binding表ひょう，这是用よう来らい配はい对两网络节点间所需服务的对应表ひょう。
• 转发已やめ配はい对设备间的てき消息しょうそく。
• 处理64位いIEEE地ち址し与あずか16位いNWK地ち址し间的对应。

ZigBee V1.1新しん增ぞう：

• 群ぐん播地址し定てい义，移うつり除じょ与あずか过滤群ぐん播消息いき。

APS Primitives

• APSDE-Data
• APSME-BIND
• APSME-GET
• APSME-SET
• APSME-UNBIND
• APEME-ESTABLISH-KEY
• APSME-TRANSPORT-KEY
• APSME-UPDATE-DEVICE
• APSME-REMOVE-DEVICE
• APSME-REQUEST-KEY
• APSME-SWITCH-KEY

ZigBee V1.1新しん增ぞう

• APSME-ADD-GROUP
• APSME-REMOVE-GROUP
• APSME-REMOVE-ALL-GROUPS

ZigBee设备管制かんせい对象（ZigBee Device Object, ZDO）

ZDO可か视为应用程ほど序じょ对象之の一いち，所しょ不同ふどう的てき是ぜZDO专门负责整体せいたい系けい统的管理かんり事ごと务，Endpoint 0只ただ能のう且必定ひつじょう由よしZDO使用しよう，每まい个节点てん都と一定いってい有ゆう此对象ぞう。负责工作こうさく有ゆう：

• 定てい义或调整本身ほんみ设备在ざい网络上じょう的てき角かく色しょく（ZC、ZR或あるZED）。
• 建けん构上层应用よう所しょ需的信しん息いき、发出或ある回かい应链接せっ的てき要求ようきゅう。
• 搜索そうさく并探知たんち其他网络节点可用かよう的てき应用程ほど序じょ服ふく务。
• 起おこり始はじめ与あずか回かい应配对要求ようきゅう。
• 建立こんりゅう两网络节点てん间的安全あんぜん性せい关系。

版本はんぽん

ZigBee V1.0

这是第だい一いち个ZigBee标准公こう开版，于2005年ねん6月がつ开放下か载，文ぶん件けん内ない记载公布こうふ时间为June 27, 2005，内部ないぶ文ぶん件けん编号为053474r06。

ZigBee V1.1

第だい二に个ZigBee标准公こう开版，于2007年ねん1月がつ开放下か载，文ぶん件けん内ない记载公布こうふ时间为December 1, 2006，内部ないぶ文ぶん件けん编号为053474r13。又また称たたえ为ZigBee 2006。

ZigBee V1.2

第だい三さん个ZigBee标准公こう开版，于2008年ねん1月がつ开放下か载，文ぶん件けん内ない记载公布こうふ时间为January 17, 2008，内部ないぶ文ぶん件けん编号为053474r17。又また称たたえ为ZigBee Pro、ZigBee 2007。

整理せいり

信しん息いき库（Information Base）

ZigBee某ぼう些层有信ありのぶ息いき库存储该层所需信息いき，共有きょうゆう以下いか几种：

• MAC信しん息いき库（MIB）
• NWK信しん息いき库（NIB）
• APS信しん息いき库（AIB）

Profile

ZigBee所定しょてい义的Profile有ゆう两种：

• Application Pro：针对各かく种不同どう应用情じょう境さかい所定しょてい义出的てき概略がいりゃく行ぎょう为蓝图，如Home Control Lighting (HCL)和わHome Automation (HA)。一般いっぱん所しょ称しょう的てきProfile通常つうじょう是ぜ指ゆび此种Profile。
• Stack Pro：主要しゅよう规定通用つうよう性せい的てき网络参さん数すう，如Network Specific、Home Controls (HC)、Building Automation (BA)、Plant Control等とうStack Profile。原はら则上Application Profile中ちゅう会かい说明可か采さい用よう何なん种Stack Profile来らい作さく为基础网络建构方案あん，如HCL中ちゅう即そく采さい用ようHC作さく为网络建构方案あん。

各かく层寻址し

• MAC：可か采さい用よう64位いIEEE地ち址し或ある16位いNWK地ち址し。
• NWK：16位いNWK地ち址し。
• APS：8位いEndpoint号ごう码。

比ひ较

方式ほうしき	Wi-Fi	ZigBee	电力载波	蓝牙
传输距离	10-30m	50-300m	500m	1-10m
传输速そく率りつ	9.6Gbps	250kbps	1000Mbps	2Mbps
功こう耗	10-50mA	5mA		ZigBee和わWi-Fi之の间
特とく点てん	应用最さい广	可か自じ组网，网络节点数すう最大さいだい可か达65000个。	可か基もと于电力りょく线传输，无需布ぬの线。	现时智能ちのう手しゅ机つくえ、智能ちのう手しゅ表ひょう、电脑必备设备，已やめ成なり为无线键盘、无线鼠ねずみ标、无线免めん提ひさげ无线扬声器き等ひとし之これ主流しゅりゅう连接技わざ术

参まいり见

• Wi-Fi
• Bluetooth
• LoRaWAN

外部がいぶ链接

• ZigBee Alliance （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• IEEE 802.15.4 WPAN Working Group （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Listing of major ZigBee semiconductor suppliers （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• ZigBee Wireless Networks for Industrial Systems (white paper) （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• ZigBee introduction course （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） ZigBee简介（英文えいぶん和わ荷に兰文）
• Palowireless ZigBee Resource Center新しん闻、文ぶん件けん与あずか资源
• ZigBee Chatter Slashdot用よう户讨论ZigBee文ぶん件けん的てき文ぶん件けん
• OpenBee （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）一いち个使用しようUML开发ZigBee程ほど序じょ的てき开发包つつめ，并带有ゆうZigBee协议堆うずたか栈软件けん
• A ZigBeeTM-subset/IEEE 802.15.4TM Multi-platform Protocol Stack美国びくに密みつ西にし西にし比ひ州立しゅうりつ大学だいがく所しょ开发的てきWPAN包つつめ，并不支持しじ完かん整せい的てきZigBee协议
• Using ZigBee Wireless Networking to Develop Commercial Products （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• [1] 恩智おんじ浦うら智能ちのう照明しょうめい方案ほうあん