什么是 Zigbee？
什么是 Zigbee 技术？Zigbee 是一种无线技术，作为一种开放的全球市场连接标准，旨在满足低成本、低功耗无线IoT 数据网络的独特需求。它旨在支持电池供电设备和传感器网络的无线通信、监测和控制。Zigbee 采用 IEEE 802.15.4 规范，广泛应用于家庭自动化、医疗数据采集和工业控制系统。
Zigbee 的历史
低功耗、无线网状网络的想法产生于 20 世纪 90 年代。不过，在 IEEE 802.15.4 获得批准后，Zigbee 联盟于 2000 年代初成立，负责起草 Zigbee 协议。Zigbee 2006 以集群库取代了 2004 年协议栈的键值对结构。2007 年，Zigbee Pro 推出，具有新的能量收集功能。2021 年，Zigbee 联盟更名为 "连接标准联盟"，以反映其更广泛的技术重点。
Zigbee 在IoT
该规范是一种基于数据包的协议，适用于低成本、电池供电的设备和产品。ZigbeeIoT 协议允许设备在各种网络拓扑结构中使用极其有限的电力进行无缝数据通信。有了 Zigbee，不同制造商生产的设备可以兼容通信。
Zigbee 联盟（现为连接标准联盟）
Zigbee 联盟专门为使用 Zigbee 通信协议的IoT 设备制定标准。Zigbee 联盟的使命是支持开发、发展和推广通用开放标准，使所有设备都能安全地进行通信。如今，该组织被称为 "连接标准联盟"（Connectivity Standards Alliance），拥有 5000 多种 Zigbee 认证产品和 600 多名成员。
了解 Zigbee 与 DigiMesh 的比较
Zigbee 和 DigiMesh 都具有对不同应用非常重要的独特优势。
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Zigbee 协议
Zigbee 协议是由 Zigbee 联盟创建的一种开放式无线规范，它规范了低功耗无线IoT 网络如何进行安全可靠的通信。
- Zigbee 标准：Zigbee 联盟在 IEEE 802.15.4 标准的基础上增加了网络层、安全层和应用框架，从而制定了 Zigbee 标准。
- Zigbee 3.0：Zigbee Pro 规范增加了新功能，如子设备管理、更高的安全性和新的网络拓扑选项。
Zigbee 设备可无缝地组成一个网状网络，通过一个与网关相连的中央节点实现高效的数据回程，从而实现远程互联网接入。用户可通过 Zigbee 应用程序随时随地控制智能设备。Zigbee 建立在 IEEE 802.15.4 标准定义的物理层和介质访问控制子层之上，负责管理底层网络操作。Zigbee 网络层管理网络结构、路由和安全。应用层包括应用支持子层、Zigbee 设备对象和用户定义的应用。
Zigbee 3.0 协议的优势
Zigbee 网络标准化确保所有产品和服务都能协同工作。该标准集测试、认证、品牌和营销于一体，支持可互操作产品和解决方案的开发和销售。
最新的 Zigbee 协议 Zigbee Pro 2023 增加了安全增强功能，并支持 2.4 GHz 以上的频段。欧洲的 800 MHz 频率以及北美和澳大利亚的 900 MHz 频率提高了信号强度和范围，从而扩大了使用范围。
Zigbee 的功能包括
- 灵活性- 支持点对点、点对多点和网状网络等多种网络拓扑结构
- 低负载循环- 延长电池寿命
- 低延迟- 可轻松传输传感器数据，将延迟降至最低
- 可扩展性- 包括直接序列扩频 (DSSS)，每个网络最多可连接 65,000 个节点
- 稳健性- 采用避免碰撞、重试和确认功能
- 低功耗- Zigbee 设备使用一种名为 "睡眠模式 "的省电功能，仅靠一块廉价电池就能运行数年。
- 低数据传输速率- Zigbee 的数据传输速率最高可达 250 kbit/s，最适合间歇性数据传感器或设备传输
- 安全性- Zigbee 安全系统采用 128 位 AES 加密以及许多其他安全技术。
Zigbee 无线安全
Zigbee 规范中的加密技术基于 128 位密钥和 AES 加密标准。加密、完整性和验证可应用于应用层、网络层和 MAC 层，以确保各层次的帧安全。Zigbee Pro 2023 提供增强的安全功能，可在设备入网和运行期间保护网络。
协议兼容性
根据设计，Zigbee 具有后向和前向兼容性，以确保互操作性。一些兼容设备包括三星 SmartThings、亚马逊 Echo Plus 和 Echo Show、贝尔金 WeMo、飞利浦 Hue、耶鲁智能锁和其他确保其产品支持新功能的制造商。
空中下载 (OTA) 软件升级功能
Zigbee 空中下载（OTA）软件升级功能是一种强大的方法，可使用单个设备更新所有其他网络设备的固件。制造商可以利用这种方法确保客户始终运行最新、最安全的版本，改进固件，甚至为产品增加功能。
Zigbee 的常见无线应用
Zigbee 具有低延迟和支持多种设备的特点，非常适合家庭自动化、工业控制和传感器网络。Zigbee 无需支付许可费或专利费，因此制造商使用 Zigbee 的成本也较低。以下是一些突出的使用案例：
绿色技术应用- Zigbee 网格是太阳能和风能农场以及电动汽车充电网络等绿色技术应用的绝佳选择。
智能家居--在智能家居中，Zigbee 网络可以控制灯光、门锁、烟雾探测器、风扇、电器等。事实上，大多数大型智能家居生态系统提供商都采用了 Zigbee，包括亚马逊 Echo Plus、三星 SmartThings 和 Signify（前飞利浦照明）。全球有数以亿计的 Zigbee 产品应用于智能家居和楼宇。
智能能源- 符合 Zigbee Pro 2023 规范的 Zigbee 设备现在可与智能能源设备共享同一网络，以改善这些设备的控制和使用。
医疗--在医疗场景中，病人可以佩戴传感器，收集心率、血压和血糖水平等生命体征信息，并通过无线方式传送到医院。
工业自动化- 在建筑物内，Zigbee 可用于实现照明控制、暖通空调、安防和门禁系统的自动化。
Zigbee 设备示例
Zigbee 是一种无线协议，从IoT 灯泡、插座、插头、运动传感器等 设备和其他家庭自动化设备，到智能能源、电动汽车充电和工业楼宇控制，都在使用它，这些设备通过网络相互通信。以下是使用 Zigbee 的大型产品生态系统的一些示例：
- Samsung SmartThings：三星 SmartThings 设备（如插座、运动、多功能和到达）拥有 Zigbee 芯片，可接收和提供信息
- 飞利浦 Hue 智能设备：Hue Bridge 采用 Zigbee 技术连接到 Wi-Fi 网络，因此用户可以在任何有互联网连接的地方使用飞利浦 Hue 应用程序控制飞利浦 Hue 智能灯。
- 宜家：TRÅDFRI 网关采用 Zigbee 技术，可通过应用程序和遥控器管理宜家智能产品
- 亚马逊 Echo：亚马逊 Echo Show 和 Echo Plus 内置智能家居集线器，可控制许多 Zigbee 智能设备，如灯泡、门锁、入墙开关、传感器和插头。
- FLO 电动汽车充电站：福楼利用 Digi XBee® Zigbee 模块和工业网关构建电动汽车充电网络
- Suntrac® by P4Q 太阳能跟踪：P4Q Electronics 将Digi XBee Zigbee 模块集成到其 Suntrack 太阳能跟踪技术中，该技术可调整太阳能电池板的定位，使客户能够远程监控全球各地的太阳能电池板区域。
- Sicom 的 CityMesh® 智能路灯：这种可扩展的智能城市网络采用Digi XBee Zigbee 模块，能更精确、更环保地控制成千上万盏路灯和交通灯。
Zigbee 无线网络拓扑
网络拓扑结构是通信网络的基础，决定了链路和节点的排列和互连。就 Zigbee 而言，网络拓扑结构主要有三种：点对点拓扑结构、多点拓扑结构和网状拓扑结构。每种拓扑结构都会影响信息的路由方式和连接的设备。
Zigbee 网状网络
Zigbee 网状拓扑结构允许设备之间进行多重互连，为网络提供冗余和稳健性。网状网络是分散的，这意味着每个节点都能在网络上进行自我发现。当节点离开网络时，节点会根据新的网络结构重新配置路由路径。网状拓扑和临时路由选择在波浪条件不断变化或单个节点发生故障时具有更好的稳定性。简而言之，网状拓扑结构是最灵活的拓扑结构，允许自愈，一旦连接出现故障，网络可自动重新配置。
点对点
点对点拓扑结构是一个只有两个节点的网络。虽然点对点比点对点多点简单，但在IoT 应用中并不常见。在这种拓扑结构中，两个 Zigbee 设备直接相互通信。点对点虽然比点对多点简单，但在IoT 应用中并不特别有用。
点对多点
点对多点或星形网络是一种使用中心集线器与多个终端节点通信的拓扑结构。在这种拓扑结构中，一个 Zigbee 设备与一组 Zigbee 设备通信。
Zigbee 规格
| Zigbee Pro |
Zigbee Pro 2023 规范增加了安全增强功能，并支持 2.4 GHz 以上的频段。欧洲的 800 MHz 频率以及北美和澳大利亚的 900 MHz 频率提高了信号强度和范围，从而扩大了使用范围。 |
| Zigbee RF4CE |
ZigBee RF4CE 是一种用于消费电子产品的简单而强大的低成本射频标准通信协议。它主要应用于遥控器，尤其是电视、音响和机顶盒。 |
| Zigbee IP |
ZigBee IP 是首个基于 IPv6 的全无线网状网络解决方案开放标准。它是 Zigbee 的升级版本，旨在将许多不同的低功耗设备控制和连接到一个控制网络中，实现与基于 IP 的网络的无缝集成。 |
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探索更多 Zigbee 产品和资源
Zigbee 协议是IoT 设备最强大、最安全和最低成本的连接标准之一。Zigbee 的应用范围广泛，从智能家居和商业楼宇自动化到能源管理，甚至健康监测设备，Zigbee 不断发展以满足新的市场需求。这正是 Digi 可以提供帮助的地方。Digi 是连接标准联盟（Connectivity Standards Alliance）的成员，已开发出基于 Zigbee 协议的可扩展嵌入式解决方案。Digi 解决方案提供与各种设备和网络连接的功能，具有强大的连接标准。探索更多 Zigbee 产品和资源，了解有关 XBee 和 Zigbee 的更多信息。
Zigbee 技术常见问题
Zigbee 的工作频率是多少？
Zigbee 在全球的工作频段为 2.4 GHz。在欧洲，它也使用 868 MHz 频段。在中国，一些 Zigbee 设备使用 784 MHz 频段。
Zigbee 的覆盖范围有多大？
由于耗电量低，传输距离约为 10 至 100 米，视功率输出和环境条件而定。不过，Zigbee 的传输距离可以通过网状网络延伸到更远的地方，在网状网络中，单个节点可以作为中继器向更远的节点传输数据。
什么是 Zigbee Hub？
集线器、协调器和网关这三个术语在实际应用中可以互换。Zigbee 设备通过 Zigbee 集线器（通常也称为协调器或网关）相互通信。然后，协调器通过蜂窝电话、Wi-Fi 或以太网连接或链路与互联网连接。我们的Digi XBee 网关就是一个例子。协调器或集线器连接并控制网络上的所有 Zigbee 设备。
Zigbee 如何工作？
Zigbee 协议为低成本、电池供电的设备和产品实现了标准化连接。该协议允许设备在网状网络中的节点之间发送数据。当一个 Zigbee 设备要发送数据时，它会首先使用带碰撞避免功能的载波感测多路访问（CSMA/CA）检查信道是否畅通。如果信道畅通，设备就会发送数据。如果信道繁忙，设备会等待一段时间后再尝试发送。Zigbee 网状协议为终端设备节省电能，因此电池可使用数年才需要更换。
Zigbee 和 DigiMesh 有什么区别？
Zigbee 网状网络和 DigiMesh 都具有出色的特性和功能，在各种场景下都能很好地发挥作用。要了解更多信息，请参阅我们的白皮书，其中包括两种网状网络方法的并排比较。
Zigbee 和蓝牙哪个更好？
蓝牙®是一种短距离无线标准，专为低成本、低功耗的无线连接而设计。蓝牙适用于连接智能家电、智能手机和电子设备，如键盘、电脑鼠标、打印机、无线耳机等。Zigbee 和蓝牙无线协议在物联网应用中都能很好地进行本地通信。不过，这两种协议在不同的IoT 用例中都很有用。最重要的是，它们可以协同工作，创建极其灵活的应用。事实上，两种协议可以并行工作。我们的Digi XBee 3 Zigbee 模块就具有这种功能--蓝牙用于短距离配置和故障排除，Zigbee 用于网状网络协议。
如何创建 Zigbee 网状网络？
Zigbee 网状网络由协调器、路由器和终端节点创建。(协调器创建网络，然后其他节点可以加入。网络创建后，其他节点也可以加入。Digi XCTU为您提供构建、测试和部署网状网络所需的工具。