Zigbee-laitteita on kolme luokkaa:

• Zigbee-koordinaattori (ZC): kyvykkäin laite, koordinaattori muodostaa verkkopuun juuren ja voi muodostaa sillan muihin verkkoihin. Jokaisessa verkossa on täsmälleen yksi Zigbee-koordinaattori, koska se on laite, joka aloitti verkon alun perin (Zigbee LightLink-spesifikaatio mahdollistaa toiminnan myös ilman Zigbee-koordinaattoria, mikä tekee siitä käyttökelpoisemman kodin ulkopuolisille tuotteille). Se tallentaa verkkoon liittyviä tietoja, muun muassa toimimalla tietoturva-avainten luottamuskeskuksena ja säilytyspaikkana.
• Zigbee-reititin (ZR): sovellustoiminnon suorittamisen lisäksi reititin voi toimia välireitittimenä välittäen tietoja muilta laitteilta.
• Zigbee end device (ZED): sisältää juuri sen verran toiminnallisuutta, että pystyy puhumaan kantasolmulle (joko koordinaattorille tai reitittimelle); se ei voi välittää tietoja muista laitteista. Tämä suhde mahdollistaa solmun olla unessa huomattavan määrän aikaa, mikä antaa pitkän akun. ZED vaatii vähiten muistia ja voi siten olla halvempi valmistaa kuin ZR tai ZC.

nykyiset Zigbee-protokollat tukevat majakkaa käyttäviä ja ei-majakkaa käyttäviä verkkoja. Ei-beacon-yhteensopivissa verkoissa käytetään sulkematonta CSMA / CA – kanavayhteysmekanismia. Tämäntyyppisessä verkossa Zigbee-reitittimissä vastaanottimet ovat tyypillisesti jatkuvasti aktiivisia, mikä vaatii lisätehoa. Tämä mahdollistaa kuitenkin heterogeeniset verkot,joissa jotkut laitteet vastaanottavat jatkuvasti ja toiset lähettävät tarvittaessa. Tyypillinen esimerkki heterogeenisestä verkosta on langaton valokytkin: Lampun ZigBee-solmu voi saada jatkuvasti, koska se saa luotettavasti virtaa lampun verkkovirrasta, kun taas Paristokäyttöinen valokytkin pysyisi unessa, kunnes kytkin heitetään. Tällöin kytkin herää, lähettää lampulle käskyn, saa kuittauksen ja palaa uneen. Tällaisessa verkossa lamppusolmu on vähintään Zigbee-reititin, ellei ZigBee-koordinaattori; kytkinsolmu on tyypillisesti Zigbee-päätelaitteisto. Beacon-yhteensopivissa verkoissa Zigbee-reitittimet lähettävät ajoittaisia majakoita vahvistaakseen läsnäolonsa muille verkon solmuille. Solmut voivat nukkua majakoiden välissä, mikä pidentää niiden akunkestoa. Majakkavälit riippuvat datanopeudesta; ne voivat vaihdella 15,36 millisekunnista 251,65824 sekuntiin nopeudella 250 kbit/s, 24 millisekunnista 393,216 sekuntiin nopeudella 40 kbit/s ja 48 millisekunnista 786,432 sekuntiin nopeudella 20 kbit/s. Pitkät majakkavälit vaativat tarkkaa ajoitusta, mikä voi olla kallista toteuttaa edullisissa tuotteissa.

yleensä ZigBee-protokollat minimoivat radion käyntiajan, jotta virrankäyttö vähenisi. Beaconing-verkoissa solmujen tarvitsee olla aktiivisia vain majakan lähettämisen ajan. Niissä verkoissa, joissa ei ole majakkaa, virrankulutus on selvästi epäsymmetrinen: Jotkin laitteet ovat aina aktiivisia, kun taas toiset viettävät suurimman osan ajastaan nukkuen.

Smart Energy Profile 2.0: aa lukuun ottamatta Zigbee-laitteiden on oltava IEEE 802.15.4-2003 Low-rate Wireless Personal Area Network (lr-wpan) – standardin mukaisia. Standardi määrittää alemman protokollan kerrokset-fyysinen kerros (PHY), ja media access control osa tiedonsiirtokerroksen. Kanavayhteyden perustila on carrier-sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA). Toisin sanoen solmut viestivät hieman vastaavalla tavalla kuin ihmiset keskustelevat: solmu tarkistaa lyhyesti, että muut solmut eivät puhu ennen kuin se alkaa. CSMA / CA: ta ei käytetä kolmessa merkittävässä poikkeuksessa:

• Viestilähetykset
• Majakat lähetetään kiinteällä aikataululla.
• beacon-yhteensopivissa verkoissa olevat laitteet, joilla on alhainen latenssi, reaaliaikavaatimukset voivat myös käyttää taattuja aikapaikkoja.

verkkokerroksen layerEdit

verkkokerroksen päätehtävät ovat mahdollistaa Mac-alikerroksen oikea käyttö ja tarjota sopiva käyttöliittymä seuraavan ylemmän kerroksen eli sovelluskerroksen käyttöön. Sen ominaisuudet ja rakenne ovat ne, jotka tyypillisesti liittyvät tällaisiin verkkokerroksiin, mukaan lukien reititys. Verkkokerroksen toiminta on juuri sitä, miltä se kuulostaa; se käsittelee verkkotoimintoja, kuten verkkojen liittämistä, irrottamista ja perustamista. Se lisää verkon, jakaa osoitteita ja lisää ja poistaa tiettyjä laitteita. Tämä kerros hyödyntää tähti, mesh ja puu topologies. Se lisää käyttöliittymän sovelluskerrokseen.

toisaalta tietoyksikkö luo ja hallinnoi verkkokerroksen tietoyksiköitä sovelluskerroksen hyötykuormasta ja suorittaa reitityksen nykyisen topologian mukaisesti. Toisaalta, on kerros ohjaus, jota käytetään käsittelemään kokoonpano uusia laitteita ja perustaa uusia verkkoja: se voi määrittää, onko naapurimaiden laite kuuluu verkkoon ja löytää uusia naapureita ja reitittimet. Ohjaus voi myös havaita vastaanottimen läsnäolon, mikä mahdollistaa suoran viestinnän ja MAC-synkronoinnin.

verkkokerroksen käyttämä reititysprotokolla on aodv. Aodv: ssä kohdelaitteen löytämiseksi AODV lähettää reittipyynnön kaikille naapureilleen. Tämän jälkeen naapurit lähettävät pyynnön naapureilleen ja edelleen, kunnes määränpää on saavutettu. Kun kohde on saavutettu, se lähettää reittivastauksensa unicast-lähetyksen kautta halvinta reittiä seuraten takaisin lähteelle. Kun lähde saa vastauksen, se päivittää reititystaulukkoonsa polun seuraavan hypyn kohdeosoitteen ja polkukustannukset.

sovelluskerros

sovelluskerros on spesifikaatiossa määritelty korkeimman tason taso ja se on ZigBee-järjestelmän tehokas käyttöliittymä sen loppukäyttäjille. Se käsittää suurimman osan ZigBee-spesifikaation mukaan lisätyistä komponenteista: sekä ZDO: ta että sen hallintamenettelyjä sekä valmistajan määrittelemiä sovelluskohteita pidetään osana tätä tasoa. Tämä taso sitoo taulukoita, lähettää viestejä sidottujen laitteiden välillä, hallinnoi ryhmäosoitteita, kokoaa paketteja uudelleen ja myös kuljettaa dataa. Se vastaa palvelun tarjoamisesta Zigbee – laiteprofiileille.

pääkomponentit

zdo (Zigbee device object), joka on ZigBee-protokollapinossa oleva protokolla, vastaa laitteiden kokonaishallinnasta, tietoturva-avaimista ja käytännöistä. Sen tehtävänä on määritellä laitteen rooli joko koordinaattorina tai päätelaitteena, kuten edellä on mainittu, mutta myös uusien (one-hop) laitteiden löytäminen verkosta ja niiden tarjoamien palvelujen tunnistaminen. Sen jälkeen se voi jatkaa suojattujen yhteyksien luomista ulkoisiin laitteisiin ja vastata sitoviin pyyntöihin vastaavasti.

sovellustuen alikerros (APS) on kerroksen toinen päästandardikomponentti, ja sellaisena se tarjoaa hyvin määritellyt käyttöliittymä-ja ohjauspalvelut. Se toimii siltana verkkokerroksen ja muiden elementtien sovelluskerroksen: se pitää ajantasaiset sidontataulukot tietokantana, josta voidaan etsiä sopivia laitteita riippuen tarvittavista palveluista ja eri laitteiden tarjoamista palveluista. Koska unioni molempien määritettyjen kerrosten välillä, se myös reitittää viestejä protokollapinon kerrosten yli.

Viestintämallit

ZigBee korkean tason viestintämalli

sovellus voi koostua viestittävistä olioista, jotka toimivat yhteistyössä haluttujen tehtävien suorittamiseksi. Painopiste Zigbee on jakaa työtä monien eri laitteiden, jotka sijaitsevat yksittäisten Zigbee solmut, jotka puolestaan muodostavat verkon (mainittu työ on yleensä pitkälti paikallisia kunkin laitteen, esimerkiksi, ohjaus kunkin kodinkoneen).

verkon muodostavien objektien kokoelma kommunikoi käyttäen APS: n tarjoamia tiloja, joita valvoo ZDO-rajapinnat. Sovelluskerroksen tietopalvelu noudattaa tyypillistä pyyntö-vahvistus / merkintä-vastausrakennetta. Yhden laitteen sisällä voi olla jopa 240 sovelluskohdetta, jotka on numeroitu välillä 1-240. 0 on varattu ZDO-dataliittymälle ja 255 lähetyksille; 241-254-alue ei ole tällä hetkellä käytössä, mutta saattaa olla tulevaisuudessa.

sovellusobjektien käyttöön on saatavilla kaksi palvelua (ZigBee 1.0: ssa):

• avainarvoparipalvelu (KVP) on tarkoitettu konfigurointitarkoituksiin. Se mahdollistaa objekti-attribuutin kuvauksen, pyynnön ja muokkauksen yksinkertaisen käyttöliittymän kautta, joka perustuu saada/asettaa ja tapahtuma primitives, joista jotkut mahdollistavat pyynnön vastauksesta. Konfigurointi käyttää pakattua XML (koko XML voidaan käyttää) tarjota mukautuva ja tyylikäs ratkaisu.
• viestipalvelu on suunniteltu tarjoamaan yleinen lähestymistapa informaation käsittelyyn, välttäen tarpeen mukauttaa sovellusprotokollia ja KVP: lle mahdollisesti aiheutuvia yleiskustannuksia. Sen avulla mielivaltaisia hyötykuormia voidaan lähettää APS-kehysten yli.

puhuttelu on myös osa sovelluskerrosta. Verkkosolmu koostuu 802.15.4-standardin mukaisesta radiolähettimestä ja yhdestä tai useammasta laitekuvauksesta (pohjimmiltaan kokoelmat attribuuteista, joita voidaan haastatella tai asettaa tai joita voidaan seurata tapahtumien avulla). Lähetin-vastaanotin on käsittelypaikka, ja solmun sisällä olevat laitteet on määritelty päätepistetunnisteella alueella 1-240.

viestintä ja laitteen löytäjäedit

jotta sovellukset voivat kommunikoida, niiden laitteiden on käytettävä yhteistä sovellusprotokollaa (viestien tyypit, muodot ja niin edelleen); nämä käytäntösarjat on ryhmitelty profiileihin. Lisäksi sitomisesta päätetään sovittamalla yhteen syöttö-ja tulostusryppäätunnisteet, jotka ovat yksilöllisiä tietyn profiilin yhteydessä ja liittyvät laitteen saapuvaan tai lähtevään tietovirtaan. Sidontataulukot sisältävät lähde-ja kohdeparit.

käytettävissä olevasta tiedosta riippuen laitteen löytämisessä voidaan noudattaa erilaisia menetelmiä. Kun verkko-osoite on tiedossa, IEEE-osoitetta voi pyytää unicast Communicationin avulla. Kun näin ei ole, vetoomukset lähetetään (IEEE-osoite on osa vastauskuormaa). End-laitteet yksinkertaisesti vastaavat pyydetyllä osoitteella, kun taas verkkokoordinaattori tai reititin lähettää myös kaikkien siihen liittyvien laitteiden osoitteet.

tämän laajennetun löytöprotokollan avulla ulkopuoliset laitteet voivat selvittää verkossa olevia laitteita ja niiden tarjoamia palveluja, jotka päätelaitteet voivat ilmoittaa löydön tehneen laitteen (joka on aiemmin saanut osoitteensa) tiedustellessa. Myös vastaavia palveluita voidaan käyttää.

klusteritunnisteiden käyttö pakottaa täydentäviä yksiköitä sitomaan ZigBee-koordinaattoreiden ylläpitämiä sidontataulukoita, koska taulukon on aina oltava saatavilla verkossa ja koordinaattoreilla on mitä todennäköisimmin pysyvä virtalähde. Varmuuskopiot, joita hallinnoidaan korkeamman tason kerroksilla, saattavat olla tarpeen joissakin sovelluksissa. Sitominen edellyttää vakiintunutta tietoliikenneyhteyttä; sen jälkeen päätetään, lisätäänkö verkkoon uusi solmu sovellus-ja suojauskäytäntöjen mukaisesti.

yhteydenpito voi tapahtua heti yhdistymisen jälkeen. Suora osoittaminen käyttää sekä radio-osoitetta että päätepistetunnistetta, kun taas epäsuora osoittaminen käyttää kaikkia asiaankuuluvia kenttiä (osoite, päätepiste, klusteri ja attribuutti) ja edellyttää, että ne lähetetään verkkokoordinaattorille, joka ylläpitää assosiaatioita ja kääntää viestintäpyynnöt. Epäsuora osoittaminen on erityisen hyödyllistä, jotta jotkin laitteet voidaan pitää hyvin yksinkertaisina ja niiden tallennustarve voidaan minimoida. Näiden kahden menetelmän lisäksi voidaan lähettää kaikki laitteen päätepisteet, ja ryhmäosoitteita käytetään kommunikoimaan laitteiden joukkoon kuuluvien päätepisteiden ryhmien kanssa.