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2018-10-20 06:03 来源:风讯网

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对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

? 2018-10-20 10:03 ? 次阅读
虚拟现实设备未接驳大众2018年1月,每年一次的CES(国际消费类电子产品展览会)在美国照常举行。

许多设计人员都听说过zigbee 与 IEEE 802.15.4协议标准,但不清楚到底应该选择zigbee,还是 802.15.4,抑或是开发自己的专有网络协议。甚至还有出现将两者混为一谈,分不清楚的状况,下文将来详细介绍zigbee 与 IEEE 802.15.4协议标准,并从中总结其关系对比与区别。

802.15.4

802.15.4 标准是由 IEEE 802.15第4任务组 (IEEE 802.15 Task Group 4) 开发的低功耗无线网络标准。原始标准于 2003 年发布,后经修改由 2006 年版取代。随着越来越多的电子设计人员要求一种适用于低复杂性、低数据速率以及(大多数情况下)电池供电应用的实施方案,该标准应运而生。具休而言,开发该标准旨在面向家庭自动化、工业控制、农业以及安全监控等领域的应用。包括 ZigBee和 ZigBee Pro 等在内的若干种其它协议也采用 802.15.4 作为物理层和数据链路层。

也有人将 802.15.4 标准称为 MAC,即媒体接入控制 (Medium Access Control) 标准,因为其可定义网络中任意两个对等设备的通信协议。从概念上讲,我们能够以全功能设备 (FFD) 或简约功能设备 (RFD) 的方式实施802.15.4 个人局域网 (PAN) 中的设备。FFD 节点具备网络协调器的能力,一般由主电源供电。不过由于每个星型配置的 PAN 只能有一个 FFD 节点,所以 FFD 一般不会始终用作网络协调器。FFD 可用作通用节点。RFD 节点在设计上相对简单,因而不能充分发挥网络协调器的全部功能,只能与 FFD 节点通信。RFD 节点对于应用的实施要求很低,从而可降低 IC 的成本,有可能作为应用中启用传感器或制动器的节点,而且由于运行占空比极低,也比较有可能适合采用电池供电。如错误!未找到引用源。 所示,若 FFD 协调器向子节点之一(也必须为 FFD)分配新的 PAN 标识 (PAN ID) 后就能够对 802.15.4 网络的星型拓朴进行扩展,从而创建仅有协调器节点才可以交换信息的 PAN 群集。注意该标准不直接支持路由。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

通过定义两个节点之间的通信,如网络管理基础,802.15.4 标准可为开发 ZigBee 等更高级别的网络实施提供灵活的基础。

虽然 802.15.4 标准是开发更高级别网络的良好基础,但其存在一定的复杂性,这在适当的应用考虑条件下,可以直接当作一种可靠的通信方式进行部署。一般来说,如果要满足下列要求,设计人员应考虑采用802.15.4 标准:

要求采用业界标准化的物理层与较低层协议

可自由设计自己的较高层协议

能够灵活选择各种硬件与较低层软件厂商

具备物理层与较低协议层的互操作性

实现较低的设计与开发成本

由第三方厂商/供应商提供支持与维护

且愿意接受下列劣势:

需要设计与开发较高层协议和应用

根据标准会存在无线电广播通道限制

为便于理解这些应用级考虑事项符合 802.15.4 标准的原因,对协议本身的稳健性、可靠性以及总体实施进行分析非常重要。下图是该协议层的概念组织结构与先前讨论的 OSI 模型的比较。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

ZigBee

ZigBee 采用 802.15.4 标准作为其对等通信的基础。该标准由 ZigBee 联盟 (ZigBee Alliance) 开发并管理。ZigBee Alliance 是一家投资于该标准并在无线领域进行推广的联合组织,并且日益为业界所关注。不过ZigBee 拥有自己独特的应用功能,用户应对此进行充分了解,而不是仓促地将其应用于所有的低功耗无线应用领域。

ZigBee 最常用作异步通信标准,其具备 CSMA/CA 通道接入能力,并拥有 802.15.4 章节所述的所有功能。针对相同市场领域的情况下,相比之下 ZigBee 可为寻求准担保信息交付、大规模轻松网络集成以及设备间互操作性的开发人员提供众多优势,同时还提供众多 802.15.4 标准不能直接解决的较高级别网络问题的解决方案。

ZigBee 网络的实施有三种拓扑,如下图所示。与 802.15.4 类似,ZigBee 支持对等通信与星型配置。ZigBee 在 802.15.4 规范之上添加了路由协议与层级网络寻址方案,可实现群集树拓扑结构(具有相同PAN ID)以及多跳网状网络拓扑。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

这些拓扑结构均由可实现三种逻辑抽象功能之一的 802.15.4 FFD 和 RFD 节点提供支持。必须为 FFD 的ZigBee 协调器将启动网络和管理网络连接与安全密钥等大多数网络参数,是路由消息不可分割的组成部分。ZigBee 路由器也必须为 FFD,负责转发往返于其他网络节点的消息,并实现 ZigBee 网络的网状网特性,同时扩展网络的总体覆盖范围。ZigBee 协调器与路由器一般由主电源供电,因为它们应能够在任何时间接收和传输消息。如果预计应用的数据传输是周期性的,则 ZigBee 也可以采用 802.15.4 同步网络的TDMA 消息传输协议。ZigBee 终端设备以 RFD 方式实施,可以最大限度地减少其占空比和资源要求,从而实现采用电池供电并长期工作的目的。

ZigBee 理想适用于具有下列要求的应用:

采用标准化的物理层与较低层协议 (IEEE 802.15.4)

标准化的较高层协议(比如网状网拓扑,多跳等)

全面互操作性,甚至达到应用层级别(公共配置文件)

设计与开发要求低(仅限于应用)

技术支持与维护厂商/供应商之间竞争激烈

ZigBee 可接受下列劣势:

ZigBee Alliance 成员费用

认证费用(如果不专门针对符合 ZigBee 或者 ZigBee 认证的产品则无需此费用)

代码量(功能性的开销可能大到难以使用)

无线电广播通道限制(限于在 IEEE 802.15.4 中指定的通道)

上述所列各项表明需要对许多项目进一步澄清,因此首先对标准化的较高层协议进行描述。与 802.15.4 相比,下图 所示,ZigBee 可向上实施至 OSI 无线应用网络模型的传输层,甚至能够达到部分会话层。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

概念

802.15.4是链路层协议(OSI二层),定义的目的是适应低功耗的需要,用在物联网中。实现点对点的通信。

ZigBee是网络层协议(OSI三层),目的是用来生成网络拓扑实现多个设备的通信,同时提供认证、加密、路由协议和一些其他的服务。

关系

ZigBee 仅仅在802.15.4上层的一种协议而已,其实还有好几个协议都使用它

ZigBee网络中仅仅是端点设备具有休眠功能。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

首先,zigbee和802.15.4都是无线通信协议。ZigBee建立在802.15.4标准之上,zigbee是以802.15.4为基础的,802.15.4只规定了通信协议栈的物理层和链路层的通信标准,zigbee将其扩展到整个通信协议,比如上层的网路层、应用层等,zigbee都规定了相应的通信标准。它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。IEEE 802.15.4是IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineer, 电子电机学会)确定的低速率,无线个域网(personal area network)标准。这个标准定义了“实体层”(physical layer)和“介质访问层”(medium access layer)。 实体层(PHY)规范确定了在2.4G赫兹以250kbps的基准传输率工作的低功耗展频无线电。(另有一些以更低数据传播率工作的915兆赫兹和868兆赫兹的实体层规范, 但它们不太流行)。

介质访问层(MAC)规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道。 介质存取层支持几种架构,包括星状拓扑结构(一个节点作为网络协调点,类似于802.11的接入点),树状拓扑结构(一些节点依次经过另一些节点才到达网络协调点),和网状拓扑结构(无须主协调点,各个节点之间分享路由职责)。

但是仅仅定义实体层和介质访问层并不足以保证不同的设备之间可以对话。于是便有了ZigBee联盟。ZigBee从802.15.4标准开始着手,目前正在定义允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要。 例如:ZigBee“灯纲要”会确定相关的所有协议,因此你从A公司买的ZigBee灯开关会和B公司的灯正常工作。

笼统的说,两者基本可以认为是一样的。Zigbee协议采用的就是802.15.4协议,这两个是一个东西,是无线组网技术,用无线传输方式代替网线,分层分级组网。

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