2024-01-24
ZigBee特点是一种短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，也称无线传感器网络。所以现在开始各种领域开始流量起来,主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。
ZigBee灵活的组网方式，可靠的网络性能，大规模的网络容量为网络运营商带来了巨大的商机，因此设计ZigBee解决方案也成为一个热点。这里就ZigBee网络设计规划和如何计算节点容量展开讨论。
ZigBee产品的优势表现在以下方面：
数据传输速率低：10KB/秒-250KB /秒，专注于低传输应用
功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月
成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本
网络容量大：网络可容纳65,000个设备
时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms
网络的自组织、自愈能力强，通信可靠
数据安全： ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法好的文本加密方法,各个应用可灵活确定其安全属性
工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz和915MHz，均为免执照（免费）的频段
根据应用环境的需求和对ZigBee产品特性的深入了解，就可设计一个实用的网络。我这里抛砖引玉，更细致的方案需要产品性能的进一步提高和组网设计经验的不断积累。
在一般规划设计时，必须考虑网络容量和时延。ZigBee标准的网络容量虽然可以支持到最多6.5万个网络节点，每两相邻节点完成一次通信需要15ms时间。但在实际应用中需要考虑网络覆盖范围和响应时间。单点容量大了，覆盖范围扩充不大；响应时间大了，应用业务实现不了。这就需要根据应用环境的不同，设计有效的网络拓扑组合来满足各种不同应用。以下分别以理想状态下不同拓扑形式的网络容量计算加以分析：
线性网络
线性网络属于比较简单的网络形式，整个网络只有唯一的一条路径，这就决定了网络中的节点数等于网络的层数，也即跳数（Hop）。在线性网络中，网络的扫描周期（中心节点采集网络中所有骨干节点数据所需的时间）直接取决于网络的跳数，也即骨干网节点数。以每次通信周期为15ms计算，则整个网络的扫描周期T可表示为：
T = 15ms（1+ 2 + 3 + … + n）
其中，T为整个网络的扫描周期，n为网络层数，也即网络节点数。
当T = 20s时，计算可得n = 51，也即线性网络在满足最长20s的扫描周期时的网络最大容量为51节点。以每个节点的通信距离为100米（0.1km）计算，那么整个网络的覆盖范围为51＊0.1＝5.1公里长的线状区域。
根据上述公式，当n = 20时，T = 3s，也即在满足20s扫描周期的前提下可将网络分成6条有20点的支路，这样可使覆盖范围（近似πr^2=12.56）上升到12公里，整个网络容量也增加到120点。
分析结论：线性网络的单一支路20s轮询周期的最大节点数为51，尽量减少跳数有助于提高网络容量。
网状网络
网状网的结构比较复杂，由于网络的多路径性，网络的扫描时间分析起来也比较复杂，以下以正方形区域代替圆形作简要的分析。
评论3
楼主 2024/1/24 12:38:22
学习了
楼主 2024/1/24 12:38:45
楼主 2024/1/24 12:40:02
感谢楼主分享
