Zigbee

Zigbee - Quick Review

Zigbee 是一种低功耗、低数据速率、短距离的无线通信协议，常用于物联网（IoT）设备之间的通信，如智能家居、工业自动化、传感器网络等

核心特点

低功耗：Zigbee 设备在长时间不使用时会进入休眠模式，非常适合电池供电的设备。
低数据速率：传输速率为 20 kbps 到 250 kbps，适用于小数据量的传输。
短距离通信：传输范围通常为 10 米到 100 米，支持多跳（Mesh 网络）扩展覆盖范围。
Mesh 网络拓扑：Zigbee 支持星型（Star）、树型（Tree）和网状（Mesh）网络结构，具备自修复能力，网络非常可靠。
开放标准：基于 IEEE 802.15.4 标准，工作在 2.4 GHz 全球通用频段，也支持 868 MHz（欧洲）和 915 MHz（北美）。

网络架构

不同于 LoRaWAN 那样采用分层但用了星型网络的架构。仅靠终端节点、网关、(网络/应用)服务器这样的非常清晰明了的架构；

Zigbee 基于 Mesh 的网络拓扑会有如下三个设备角色：

协调器（Coordinator）
- 每个 Zigbee 网络只有一个协调器。
- 负责初始化和管理网络，分配网络地址，并作为数据通信的网关。
- 具有完整的 Zigbee 协议栈。
- 通常连接到外部网络（如 Wi-Fi 或以太网），实现跨网络通信。
路由器（Router）
- 用于转发数据包，扩展网络覆盖范围。
- 可以与其他设备通信，作为中继节点帮助数据在网络中传输。
- 支持低功耗设备，但通常需要持续供电。
终端设备（End Device）
- 仅与父节点（协调器或路由器）通信。
- 功耗最低，适合电池供电的设备（如传感器）。
- 不参与数据转发，通常处于睡眠状态以节省能量。

根据上述特性同样可以实现三种网络拓扑方式：星型、树型和网状。

1. 星型网络拓扑 (Star Topology)

graph TD
    Coordinator((Coordinator)) --- EndDevice1((End Device 1))
    Coordinator --- EndDevice2((End Device 2))
    Coordinator --- EndDevice3((End Device 3))

2. 树型网络拓扑 (Tree Topology)

graph TD
    Coordinator((Coordinator)) --- Router1((Router 1))
    Coordinator --- Router2((Router 2))
    Router1 --- EndDevice1((End Device 1))
    Router1 --- EndDevice2((End Device 2))
    Router2 --- EndDevice3((End Device 3))
    Router2 --- EndDevice4((End Device 4))

3. 网状网络拓扑 (Mesh Topology)

graph TD
    Coordinator((Coordinator)) --- Router1((Router 1))
    Coordinator --- Router2((Router 2))
    Router1 --- EndDevice1((End Device 1))
    Router1 --- Router3((Router 3))
    Router2 --- Router3
    Router2 --- EndDevice2((End Device 2))
    Router3 --- EndDevice3((End Device 3))

只有Coordinator（协调器） 和 Router（路由器） 会参与 Hopping。

Arduino - ESP32 C6

Zigbee 角色分为三个：ED（End Device）、ZC/ZR（协调器/路由器）、RCP（无线协处理器）

1. Zigbee ED（终端设备）

角色：
Zigbee 终端设备是 Zigbee 网络中最简单的节点。它只与其父节点（路由器或协调器）通信，并且不为其他设备路由数据。
特点：
- 功耗低，非常适合电池供电设备。
- 仅与父节点交换数据，不能管理或控制其他设备。
应用场景：
- 传感器、开关或其他需要简单通信的设备。

2. Zigbee ZC/ZR（协调器/路由器）

ZC（Zigbee 协调器）：
- 角色：
  Zigbee 网络的中央控制节点，负责创建并维护网络。
- 特点：
  - 每个 Zigbee 网络中只能有一个协调器。
  - 为网络中的设备分配地址。
  - 负责管理网络的安全性和拓扑结构。
- 应用场景：
  - 智能家居中的中央网关或工业自动化的控制中心。
ZR（Zigbee 路由器）：
- 角色：
  扩展网络范围，通过路由数据连接其他设备。
- 特点：
  - 通过转发消息来构建 Mesh 网状网络。
  - 自身也可以作为其他设备的父节点（例如协调器或其他路由器的子节点）。
- 应用场景：
  - 中继设备，信号扩展器。

3. Zigbee RCP（无线协处理器）

角色：
RCP 模式将 Zigbee 的网络任务从主处理器卸载到专用的 Zigbee 芯片上。
特点：
- 采用分布式架构，主处理器运行应用程序，RCP 处理 Zigbee 协议栈。
- 通常通过 UART、SPI 或 USB 等接口与主处理器通信。
应用场景：
- 高级 Zigbee 应用，例如需要主处理器处理复杂任务，同时将 Zigbee 协议操作委托给 RCP。
- 与 OpenThread 或 Matter 等系统集成（当 Zigbee 被支持时）。

这些模式如何协作

一个 Zigbee 网络通常包括 一个协调器（ZC）、多个 路由器（ZR） 和许多 终端设备（ED）。
RCP 模式 是一种架构选择，而不是 Zigbee 网络中的功能角色。它主要用于需要复杂系统分工的场景，其中 Zigbee 设备需要在主处理器和 Zigbee 芯片之间分配任务。

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