ZigBee定位技术简介（新手必看）
ZigBee 是 IEEE 802.15.4 协议的代名词，属于近距离、低功耗无线通信技术。
ZigBee 对簇间传输采用基于地理位置的路由算法，具有低复杂度、自组织、低功耗、低速率和低成本的特点。其在许多工业现场都有应用，如车间监控等，具有广阔的应用前景，主要适用于自动控制、远程控制等领域。ZigBee 可搭载多种传感器，是一种功能丰富的近距离无线通信技术。
协调器负责发起网络，是网络中的第一装置。每个协调器都具有不同的网络协议栈，涉及物理地址分配、数据帧格式和传输机制等方面的内容，以适应不同的应用场合。协调器选择一个信道和一个网络 ID 后启动网络。协调器还可用于在网络上设置安全层与应用层之间的捆绑。
路由器的作用是让其他设备加入网络，多跳路由及辅助终端设备进行通信。当网络设备处于休眠状态时，其自身就会停止工作。终端设备并不负责维护网络结构，既可以处于休眠状态，也可以处于唤醒状态，或者仅为电池供电。
按照节点的功能，ZigBee 网络中的设备可划分为全功能设备（Full Function Device，FFD）和精简功能设备（Reduced Function Device，RFD）。FFD 可以充当网络中的协调器和路由器，而 RFD 只能作为终端设备，并且只能与主设备进行通信。一个网络中至少含有一个 FFD，也只能存在一个协调器。
ZigBee 支持三种网络拓扑结构，分别是星形（Star）网络、树状（Tree）网络与网状（Mesh）网络，一般预设为网状网络。
星形网络最为简单，它由一个协调器与一系列终端设备组成，每个终端设备仅能与协调器进行通信。若两个终端设备通信，须通过协调器转发消息。
树状网络由一个协调器及一系列路由器与终端设备组成。协调器通过路由协议与各路由器相连，在网络中建立起一条路径来实现对整个网络应用系统的控制。协调器将相关路由器与数量众多的终端设备连接起来，子节点所在路由器还可将一系列路由器与终端设备相连。每棵树都有两个或更多的分支点，它们通过各自独立的路径来实现自身功能。
网状网络由一个协调器及与终端设备连接的一系列路由器组成。协调器通过路由协议与各路由器相连，在网络中建立起一条路径来实现对整个网络应用系统的控制。网状网络与树状网络拓扑形式一样，但网状网络有更灵活的信息路由规则，从某种角度来看，路由节点间可直接通信，这样还可以提高通信效率。一般情况下，当网络中存在一些异常或故障时，这些路由路径会被阻塞，导致部分数据包不能及时到达目的地，从而造成系统瘫痪。而在网状网络中，某条路由路径发生了问题，信息可沿其他路由路径自动传送。
ZigBee 使用 2.4GHz、868MHz、915MHz 和其他频率，这些频率都是免费的。ZigBee 协议很简单，不需要专利费，从而大大降低了成本。它支持星形、树状和网状等网络拓扑结构，ZigBee 的网状拓扑结构使其成为一种可扩展的技术。
在 ZigBee 网状网络中，一个称为 ZigBee 协调器的特殊节点负责启动网络并选择关键网络参数。ZigBee 网络容量大，可以容纳 254 个从设备和 1 个主设备，最多可容纳 65000 个设备。另外，ZigBee 定位系统接收和发送消息的功耗非常低，工作周期很短，并且可以使用睡眠模式。
ZigBee 定位系统采用了避免冲突的机制，可以在发送数据时有效地避免竞争和冲突，因此具有很高的可靠性。但是，ZigBee 定位的精度仅在米级水平。另外，ZigBee 接口在智能手机上并不常见，因此无法与手机融合。
此外，ZigBee 定位技术需要根据室内环境特点安装设备，并且安装数量也不少，因此该技术的总成本相对较高。
ZigBee 定位技术的特征如下：
当源节点要和目标节点进行通信，但本身并未包含目标节点的路由信息时，路由请求（Route Rquest，RREQ）分组将被发送到所有邻近节点，路由发现进程启动。相邻节点先确认 RREQ 分组是否是由其本身产生的，即判断先前是否接收到分组信息，若有，直接弃用；否则，这个RREQ 分组就会被中继节点转发出去并建立反向的路由。
在 RREQ 分组沿着反向路径被中继到源节点的过程中，路径中间的节点会一直刷新节点的信息，包括节点的生存时间和序号，其他的反向路由信息会因超时而自动删除。
源节点在收到 RREQ 分组之后，路由发现的过程就结束了。AODV 协议仅在活动状态下保持路由。在保持正常通信的状态下，当源节点运动至周围节点的通信范围外时，通信链路将中断，源节点需要重新发送路由请求。当动态路由中的中间节点检测到它与下一相邻节点之间的链路中断时，则将 RREQ 分组发送到它上端的活跃节点上。源节点接收 RREQ 分组时，若还需要和目的节点进行通信，那么就需要重新启动路由发现过程。
AODV 协议主要适用于动态变化的网络环境，通过路由请求和路由回复等机制发现最新的路由路径。其优点如下：
但是它的缺点也很明显，它是网络层协议，每次寻找路由都要触发应用层协议，增加了算法的复杂度；目前很多无线传感器网络节点是静止不动的，拓扑结构变化很缓慢，在这种情况下，AODV 协议过于复杂；AODV 协议没有考虑能耗问题，不利于无线传感器长期运行。
这种路由策略能够有效地避免单个数据包丢失造成的网络故障。但简单地将数据报文转发到子节点或者父节点，并不是最优路由，在传感器网络有多种通信任务时，越靠近协调器的节点，就会承担越多数据报文的转发工作。
在 ZigBee 网络里，节点通常都通过电池来提供电力，节点的能量是有限的，因此靠近协调器的节点能量消耗比其他节点要快。此时传感器网络中的节点能量消耗是不均匀的，长此以往会造成部分节点过早消耗完自身能量，从而影响网络整体的寿命。
ZigBee 对簇间传输采用基于地理位置的路由算法，具有低复杂度、自组织、低功耗、低速率和低成本的特点。其在许多工业现场都有应用，如车间监控等，具有广阔的应用前景，主要适用于自动控制、远程控制等领域。ZigBee 可搭载多种传感器，是一种功能丰富的近距离无线通信技术。
ZigBee网络构成
ZigBee 网络中的逻辑设备有三种：协调器（Coordinator）、路由器（Router）与终端设备（End-Device）。它利用无线射频方式进行信息交换与传输，通过协调器对节点间的通信状态进行管理和调度。协调器负责发起网络，是网络中的第一装置。每个协调器都具有不同的网络协议栈，涉及物理地址分配、数据帧格式和传输机制等方面的内容，以适应不同的应用场合。协调器选择一个信道和一个网络 ID 后启动网络。协调器还可用于在网络上设置安全层与应用层之间的捆绑。
路由器的作用是让其他设备加入网络，多跳路由及辅助终端设备进行通信。当网络设备处于休眠状态时，其自身就会停止工作。终端设备并不负责维护网络结构，既可以处于休眠状态，也可以处于唤醒状态，或者仅为电池供电。
按照节点的功能，ZigBee 网络中的设备可划分为全功能设备（Full Function Device，FFD）和精简功能设备（Reduced Function Device，RFD）。FFD 可以充当网络中的协调器和路由器，而 RFD 只能作为终端设备，并且只能与主设备进行通信。一个网络中至少含有一个 FFD，也只能存在一个协调器。
ZigBee 支持三种网络拓扑结构，分别是星形（Star）网络、树状（Tree）网络与网状（Mesh）网络，一般预设为网状网络。
星形网络最为简单，它由一个协调器与一系列终端设备组成，每个终端设备仅能与协调器进行通信。若两个终端设备通信，须通过协调器转发消息。
树状网络由一个协调器及一系列路由器与终端设备组成。协调器通过路由协议与各路由器相连，在网络中建立起一条路径来实现对整个网络应用系统的控制。协调器将相关路由器与数量众多的终端设备连接起来，子节点所在路由器还可将一系列路由器与终端设备相连。每棵树都有两个或更多的分支点，它们通过各自独立的路径来实现自身功能。
网状网络由一个协调器及与终端设备连接的一系列路由器组成。协调器通过路由协议与各路由器相连，在网络中建立起一条路径来实现对整个网络应用系统的控制。网状网络与树状网络拓扑形式一样，但网状网络有更灵活的信息路由规则，从某种角度来看，路由节点间可直接通信，这样还可以提高通信效率。一般情况下，当网络中存在一些异常或故障时，这些路由路径会被阻塞，导致部分数据包不能及时到达目的地，从而造成系统瘫痪。而在网状网络中，某条路由路径发生了问题，信息可沿其他路由路径自动传送。
ZigeBee定位技术特征
ZigBee 是近年来发展迅速的新兴无线网络技术，ZigBee 是专为小型区域的个人区域网络设计的。ZigBee 无线网络的低成本、高可扩展性、高可用性及对动态路由拓扑的支持等优点使 ZigBee 更适用于室内定位系统。ZigBee 使用 2.4GHz、868MHz、915MHz 和其他频率，这些频率都是免费的。ZigBee 协议很简单，不需要专利费，从而大大降低了成本。它支持星形、树状和网状等网络拓扑结构，ZigBee 的网状拓扑结构使其成为一种可扩展的技术。
在 ZigBee 网状网络中，一个称为 ZigBee 协调器的特殊节点负责启动网络并选择关键网络参数。ZigBee 网络容量大，可以容纳 254 个从设备和 1 个主设备，最多可容纳 65000 个设备。另外，ZigBee 定位系统接收和发送消息的功耗非常低，工作周期很短，并且可以使用睡眠模式。
ZigBee 定位系统采用了避免冲突的机制，可以在发送数据时有效地避免竞争和冲突，因此具有很高的可靠性。但是，ZigBee 定位的精度仅在米级水平。另外，ZigBee 接口在智能手机上并不常见，因此无法与手机融合。
此外，ZigBee 定位技术需要根据室内环境特点安装设备，并且安装数量也不少，因此该技术的总成本相对较高。
ZigBee 定位技术的特征如下：
- 优点：功耗低，通信效率高。其最突出的特点是复杂度不高。ZigBee定位技术可以通过网络内传感器之间的通信传递信息。
- 缺点：信号传输受多径效应和移动的影响很大，而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性，定位软件的成本较高。
- 定位精度：1~2m。
- 适用场景：工厂、车间人员的在岗管理与定位。
- 工作原理：邻近探测法、多边定位法。
ZigBee网络路由协议
ZigBee 网络在网络层采用 2 种互补路由协议，实现路由发现和数据转发。这 2 种路由协议分别是按需距离向量路由（Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV）协议和基于分簇的簇树（Cluster-tree）协议。1) AODV协议
在无线网状网络中，AODV 协议作为一种平面路由协议，被用于网络的路由选择，具体分为路由发现与路由维护两大流程。当源节点要和目标节点进行通信，但本身并未包含目标节点的路由信息时，路由请求（Route Rquest，RREQ）分组将被发送到所有邻近节点，路由发现进程启动。相邻节点先确认 RREQ 分组是否是由其本身产生的，即判断先前是否接收到分组信息，若有，直接弃用；否则，这个RREQ 分组就会被中继节点转发出去并建立反向的路由。
在 RREQ 分组沿着反向路径被中继到源节点的过程中，路径中间的节点会一直刷新节点的信息，包括节点的生存时间和序号，其他的反向路由信息会因超时而自动删除。
源节点在收到 RREQ 分组之后，路由发现的过程就结束了。AODV 协议仅在活动状态下保持路由。在保持正常通信的状态下，当源节点运动至周围节点的通信范围外时，通信链路将中断，源节点需要重新发送路由请求。当动态路由中的中间节点检测到它与下一相邻节点之间的链路中断时，则将 RREQ 分组发送到它上端的活跃节点上。源节点接收 RREQ 分组时，若还需要和目的节点进行通信，那么就需要重新启动路由发现过程。
AODV 协议主要适用于动态变化的网络环境，通过路由请求和路由回复等机制发现最新的路由路径。其优点如下：
- 能够实现单播路由和多播路由；
- 适用于特定网络中的移动节点；
- 接入速度高、计算量小、内存占用少、网络负荷较轻；
- 使用目的序列号来避免出现回环。
但是它的缺点也很明显，它是网络层协议，每次寻找路由都要触发应用层协议，增加了算法的复杂度；目前很多无线传感器网络节点是静止不动的，拓扑结构变化很缓慢，在这种情况下，AODV 协议过于复杂；AODV 协议没有考虑能耗问题，不利于无线传感器长期运行。
2) 簇树协议
簇树算法是 ZigBee 网络中最基本的算法之一，网络内各节点在接收到转发数据报文的任务后，仅将该报文转发到其子节点或者父节点。这种路由策略能够有效地避免单个数据包丢失造成的网络故障。但简单地将数据报文转发到子节点或者父节点，并不是最优路由，在传感器网络有多种通信任务时，越靠近协调器的节点，就会承担越多数据报文的转发工作。
在 ZigBee 网络里，节点通常都通过电池来提供电力，节点的能量是有限的，因此靠近协调器的节点能量消耗比其他节点要快。此时传感器网络中的节点能量消耗是不均匀的，长此以往会造成部分节点过早消耗完自身能量，从而影响网络整体的寿命。
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