【Zigbee 科普系列】 - 2 网络模型
本文内容：
通过本文学习，可以了解到 Zigbee 的网络的概念，不同种类的设备类型，以及 Zigbee 网络中是如何传递消息的。
Zigbee 网络拓扑
先看一下大范围的网络拓扑
Zigbee 本地网络（以下简称 Zigbee 网络）通过网关与互联网建立联系，从而使 Zigbee 网络中的设备能够被远程访问，网关与互联网通信一般是通过 WIFI、以太网、蜂窝网等。
Zigbee 网络是网状网络（Mesh），理论上一个 Zigbee 网络最大支持 60000 多个节点（设备），因此它的物理覆盖范围并不因单个设备的射频性能决定。
Zigbee 设备类型
一个 Zigbee 网络中可以有如下几种设备类型：
协调器： 即网关，协调器负责管理整个 Zigbee 本地网络，是网络中的第一个节点，新设备入网需要经过协调器的允许，并通过协调器分发网络密钥和网络地址。
路由设备： 路由设备是 Zigbee 网络中最典型的设备，它之所有叫 路由设备 是因为它具备消息中继能力，它的无线接收始终是开启的，随时能参与网络中消息的传递。这样的设备通常是常供电设备，例如灯泡，插座，墙壁开关等。
终端设备： 通常是指低功耗设备，例如电池供电的温湿度计。这种设备平时处于睡眠状态，不参与网络中的消息中继。睡眠状态下它的无线接收是关闭的，只有特定时候会醒过来（例如定时唤醒或用户操作唤醒）。它会与一个路由设备或者协调器建立父子关系，网络中其他设备发送给它的消息会被缓存在其父设备中，待唤醒后向父设备获取缓存的消息。
注意：网关也支持中继能力
Zigbee 网络通信
信道 (Channel)
Zigbee 支持两个工作频段，即 2.4 GHz 频段和 868/915 MHz 频段。在 IEEE 802.15.4 中，总共分配了 27 个具有 3 种速率的信道：在 2.4GHz 频段有 16 个速率为 250kb/s 的信道，在 915MHz 频段有 10 个 40kb/s 的信道，在 868MHz 频段有 1 个 20kb/s 的信道。
这些信道的中心频率按如下定义(k 为信道数)：
Fc = 868.3MHz，(k=0)
Fc = 906MHz+2(k-1)MHz，(k=1，2……10)
Fc = 2405MHz+5(k-11)MHz，(k=11，12……26)
其中 2.4GHz 最为常见，覆盖信道 11 ~ 26, Zigbee 网络中的第一个设备（通常是网关）负责选取一个信道，信道选取的基本原则是进行一次全信道的能量扫描，并选取无线干扰最小的一个。
网络标识（PanID）
Zigbee 网络第一个设备选择好信道之后，就可以创建一个 Zigbee 网络了， Zigbee 网络有其唯一的网络标识符，称作 PanID （两字节）
设备地址（Device address ）
Zigbee 网络中每一个设备都有其在本网络中唯一的设备地址(Device address 两字节)，通常网关设备给自己分配的地址是 0x0000。 当有新的设备加入网络后，由网关设备负责分配一个随机地址。Device address 用于后续的无线通信，作为消息的起始地址或目的地址。
群组地址 （Group address）
通过向指定设备发送添加群组指令，可以将多个设备可以加入到一个群组中，添加到同一个群组中的设备同时会拥有一个群组地址(也是两字节)。也可以向群组中的设备发送移除群组指令，使一个设备离开群组。
广播地址
广播地址通常指 0xFFFF, 向这个地址发送消息，则整个 Zigbee 网络中的设备都能收到
这里不再介绍 0xFFFE, 0xFFFC 等广播地址，如有兴趣可自行查阅
网络通信
根据消息接收的目的地址不同，Zigbee 消息可分为单播，组播，广播：
单播： 向 Zigbee 网络中的某个设备发送消息，例如一个灯具的设备地址是 0x5566，网关(0x0000)向该地址发送一条单播指令 on/off ，使这个灯具开或关，网关在自身射频信号范围内可能无法到达设备 0x5566, 根据Zigbee 路由算法选择先发送给 0x1122 设备，0x1122 设备收到消息后发现这个消息是要发送给0x5566的且刚好在射频信号范围内，于是将消息直接转发给了0x5566. 0x5566 收到消息后进行开或关操作。
组播： 向一个群组发送消息，目的地址是 组地址 ，例如一个群组地址是 0x1234 , 整个群组里面可能全都是灯具，当网关向群组 0x1234 发送 on/off 指令后，整个群组内所有的灯具都会响应指令。
广播： 向 Zigbee 本地网络全网发送消息，所有设备都能收到这个消息。