我們知道ZigBee的底層是IEEE 802.15.4,所以要了解傳輸的方式,就要看IEEE 802.15.4的規範。IEEE 802.15.4用了我們常見的方式,稱為載波偵測 多重存取 碰撞迴避,簡稱CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)。這個中文實在有夠敖口,所以我們以後還是稱為CSMA-CA好了。
這種機制常見於只有有限的通訊管道(例如早期的ethernet只靠一條網路線),並且允許多人同時使用的通訊方式。規矩是這樣的,當有人要傳輸時,要先聽聽目前線上有沒有人說話,以此為依據來決定這個通道(channel)是不是沒有人用的,這個步驟稱為能量偵測 ED (energy detection)。值得一提的是ED只看有沒有能量,至於這個能量是傳輸啥東西,他並不管,就單純去偵測通道上有沒有能量。
還有一種方式是載波偵測,載波carrier,載波偵測也就是carrier sense。載波是無線通訊上的一個能量強的中心頻率,我猜802.15.4 是去看這個載波的調變方式,這個 待查…
所以不管用ED或是用CS都好,要是偵測到這個通道上有人在傳輸,他就會停住(back off)一個隨機的時間,然後再偵測一次。每一台設備的隨機時間都不一樣,我不確定是否可以設定這個隨機的時間的範圍,這個等看進去z-stack 我想自然就有解答了,到時再說。所以要是下次的偵測發現沒有人用了,他就可以發射訊號,反之要是很衰遇到還是忙線中,就再等一個隨機的時間,然後再試一次。
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要把很多的設備連接起來,就要了解連接的方式,網路連接的資訊是由ZigBee的網路層負責的(networking layer),目前有三種。IEEE 802.15.4支援星狀網路(star network) 以及 點對點網路(peer-to-peer network )也有人稱為網格網路(mesh network)。
先介紹IEEE 802.15.4的
星狀網路 (star network topology)
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再開始之前,要先知道幾個基本名詞,到時候才不會看不懂文件。很遺憾的是,一樣的東西在IEEE 802.15.4 與 ZigBee標準內有不同的稱呼法。先來看IEEE 802.15.4
在IEEE 802.15.4內,把設備的類型(type)分成兩種
完整功能設備 FFD (full-function devices)
縮減功能的設備RFD (reduced-function devices)
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Zigbee 通訊協定,是設計用在 無線感測網路(Wireless Sensor Networks) 上的應用。它的特點是,低功耗,這是跟Bluetooth與Wifi 相比較。所以書上說她只要一顆三號電池就可以支撐半年一年的電力需要。我猜這可能要配合上合適的休眠機制才辦得到,因為設備在睡眠模式,只需要平均電流(Average Current) 1uA。因著這樣,這種協定很適合用在長時間架設的感測環境。至於耗電細節,往後分享電力消耗實再說。
天下也沒有白吃的午餐,能做到這件事,原因之一是它的傳輸距離不長,在標準的模組下,一般可以傳輸10m ~ 100m,這大概是一般住家的距離。第二個可以做到省電的原因,是它的傳輸速率極低,約只有20kbps ~ 250kbps。(Bluetooth最高約3Mbps,Wifi最高約11Mbps)。
關於Zigbee的協定層(protocol layers)則遵循OSI (Open System Interconnect)的基本模型。長的大概如下圖,這張圖是從ZigBee 2007文件內截出來的
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