许多规划人员都听说过 zigbee 与 IEEE 802.15.4 规范，但不清楚究竟应该挑选zigbee，仍是 802.15.4，抑或是开发自己的专有网络协议。本文将以专有协议为例，介绍各种协议的优势，并在功用和运用领域方面进行比照差异。评论不同的网络拓扑、资源要求以及灵敏特性，然后协助利益相关方（interested party）挑选最合适自己运用需求的开发协议。
本文分三部分叙述低功耗网络及在他们之间怎样挑选的问题。榜首部分论说网络根底知识以及低功耗网络挑选规范；第二部分持续评论挑选规范，并介绍802.15.4 协议；第三部分介绍 zigbee 和专有网络协议 SimpliciTI，并依据上述挑选规范衡量这些协议。
榜首部分
电子商场中的最首要趋势之一便是越来越多的产品都开端增加无线衔接功用。水电气表、家庭安全体系、电视遥控或健身设备等各种产品都增加了无线衔接功用，这一方面是为了便运用户运用，用户可经过无线遥控在房间恣意方位操控，不像红外线遥控非要瞄准设备才干作业；另一方面，这种无线操控也是为了削减房间从头布线的贵重本钱例如不必从头布线就能装置家庭安全体系等。此外，主动抄表体系 （AMR） 或高档电表架构 （AMI） 等设备也越来越依托低功耗协议使设备的电池运用寿命可以长达数年之久。
本文将归纳介绍无线网络协议，不过将要点介绍 zigbee 与 802.15.4 协议，并将其与专有网络协议进行比照，这些协议依据规划都能满意低功耗运用的要求。尽管许多工程师对这些网络协议都现已比较了解了，但或许还没有细心对其加以评价。即使有人从前评价过这些协议，但在特定运用时或许仍不清楚究竟哪种协议最合适。本文分三部分。榜首部分，咱们将介绍网络根底知识，其间包含常见的网络术语、开放体系互连 （OSI） 网络模型等，并评论在为特定运用挑选网络时应考虑的要素；第二部分，咱们将给出一系列网络挑选规范，依据这些规范对三种网络协议加以比照；第三部分，咱们将详细介绍 802.15.4、zigbee 以及 SimpliciTI 专有网络协议，并给出详细实例，阐明怎样依据挑选规范承认合适特定运用的最佳网络协议。
现在，推出的无线网络协议品种繁复。下面咱们仅列出部分网络协议：
WiFi（802.11b）、蓝牙、zigbee、zigbee Pro、802.15.4、RFID 以及 Wireless USB 等规范化协议。
芯片厂商、第三方等推出的专有协议，本文称之为“DIY”网络协议，仅用于推出该协议的公司自己出产的产品中。
图 1 显现了多种网络协议及其要点运用领域和典型资源要求等。咱们在比较低功耗协议（如 zigbee/802.15.4 与其它协议）时，应要点重视低功耗无线网络差异于其它网络的一些要害特性，比方数据速率低、衔接间隔短、帧开支低、杂乱性低一级，还有便是协议自身的电源办理要求。上述各项规划要素都是为了终究完结下降网络单位节点功耗的目的。如图 1 所示，zigbee/802.15.4 协议抱负适用于环境监控商场领域中的相关运用，不只可保证电池供电设备能长时刻最佳作业，并且相关于支撑更大型杂乱化协议的硬件来说还能有用下降本钱。
低功耗网络首要规划用于为电池供电设备（电池运用寿命达数月或数年之久）间供给无线衔接。大大都低功耗无线体系中，以无线电发送和接纳数据最为耗电。因而，咱们应尽或许下降无线电的功耗，这对延伸电池运用寿命至关重要。由于信号发送和接纳之间的间隔与天线的功率输入成正比，因而不同节点间的无线网络掩盖规划一般有限。无线协议还应下降自身的杂乱性，以下降核算开支，避免运用大容量存储器，然后下降本钱。
网络根底知识
图 2 显现了典型低功耗网络节点的结构图。一般，节点中有一个或多个传感器担任搜集数据或状况和/或向体系供给用户接口。微操控器衔接于传感器并操控无线电（本例中为 CC1100 或 CC2500），而无线电则担任传输和接纳状况。
图 2 — 典型低功耗网络结构图（本例显现的是主动抄表体系运用）
不管是有线网络仍是无线网络，咱们在概念上都可将网络节点通讯视为如图 3 所示的网络开放体系互连 （OSI） 根本参阅模型。这一模型于上世纪 70 时代末由世界规范化组织 （ISO） 拟定，该模型将网络协议施行组件（component）分为不同的软件层。在不同设备上的两个运用要想通讯，音讯有必要穿过运用层，经过物理层抵达另一侧。每一层都只能与其相邻层通讯。
怎样了解分层软件架构呢？咱们可以想象一下寄信的进程。函件自身就适当于运用数据。咱们把信投在信箱里，等着邮递员取出，再拿到邮局。邮局依据收信人地址将一切函件分类，再经过航空、海运或陆路办法将函件寄到终究目的地。函件要想抵达收信人的手中，在收信人一方的邮局也有必要经过相反的一套程序，先是寄到收信人地点的邮局，按目的地分类，再发送到收信人的邮箱，终究抵达收信人手里。寄信进程实践反映了一个四层通讯协议。写信是榜首层，当地邮局的收发是第二层，邮局对函件分类是第三层，而函件运送办法则是第四层。每一层都有自身的使命，也只同相邻层有关。函件只需从整个环节的一端传送到另一端，函件的内容（或运用数据）才干在两边之间得到成功沟通。
OSI 模型触及 7 个不同的软件层。运用层是直接针对用户的界面。标明层将音讯格局化为进出网络的格局，一般体现为音讯加密和/或编码。会话层创立并办理网络上任何两个设备间的逻辑链接。传输层担任供给牢靠的端对端通讯功用。假如传输层的毛病过于频频，那么通道噪声或许过大，或链接自身质量欠安，这时就要告诉会话层在产生毛病的节点间建立新的链接。网络层担任网络路由机制，而不同设备间的音讯传输则由数据链路层担任。数据链路层保证音讯点对点交给，但音讯在物理介质上的实践传输则由物理层担任。这样，音讯就能从 OSI 模型的一端传输至另一端。
规划人员可以挑选施行不同数量层的协议，并能依据运用需求挑选定制其它层。现在大大都网络施行计划实践上都不能彻底施行一切的层，需求依据协议要求将某些层的功用加以混合。事实上，OSI 模型是咱们了解协议架构杂乱性和不同功用的最佳结构。规划人员应当了解自己的处理放案要施行哪些功用，哪些功用可不予以考虑。
为了清晰究竟在 zigbee、802.15.4 和专有网络之中挑选何种无线协议，咱们列出一些挑选规范：
运用考虑事项
稳健性与牢靠性
简洁易用性
硬件及 RF 考虑事项
下面咱们将详细评论上述各规范。
运用考虑事项
网络规划的初始进程与其它任何体系规划作业相同，都是界说运用的高档要求。下面咱们列出一些最重要的网络参数，这是在承认任何无线协议作为终究处理计划之前都应加以清晰认义的。咱们随后在本文中将依据这些规范来介绍或许的施行计划，而这些挑选规范和协议自身都将得到进一步详细阐明。
网络拓扑
运用需求多少个节点？节点采纳什么样的根本组织形式？
通讯牢靠性
网络对每个数据包的接纳有多重要？
网络安全性
数据是否需求保证安全？假如需求的话，网络数据传输的肯定安全性究竟有多重要？
定制和规划的灵敏性
网络协议处理计划需求进行多大程度的定制化以满意运用需求，协议是否供给无约束规划？
开发时刻及协议杂乱性
这一条与第 4 项密切相关，有关协议自身的杂乱性有多高？
互操作性
与其他厂商技能的互操作性是否能使终究产品获益？终究产品是否会成为彻底专有处理计划？
图4给出了四种最常见的无线网络拓扑施行计划。
点对点网络拓扑支撑网络上不同节点间的单向或双向链接。只需节点处在衔接规划以内时才会彼此通讯，由于坚持直接的物理链接是其通讯的必要条件；仅有的破例是播送音讯，其可以经过网络重复播送传达。树状网络拓扑中，每个网络节点都与其父节点相相关，网络寻址也会反映出这种节点联系，这与 IP 因特网地址十分相似。这样，咱们就能施行愈加有用的路由算法，由于更多的节点网络地址位数可以反映出某个节点相关于其对等节点的联系。星形网络可将单个节点视为网络和谐点，担任各种或许的网络办理操控作业，如节点相关、节点网络参加与链接答应、音讯转发以及安全交流等。星形网络依托和谐点来坚持网络通讯，假如和谐节点出了问题，网络通讯也会遭到影响。
从最根本的含义上说，网状网络是指每个节点至少要有两条衔接途径的网络。而全网状网络是指每个节点都有到其它节点的直接衔接的网络。全网状网络在许多状况下是不合理的，由于这很快就会将网络规划约束在衔接才干最弱的设备所掩盖的最小网络规划内，而网状网络的要求又过于严厉。但是，人们会在两种状况之间找到某种折中，经过某个中心节点主张网络，用树状寻址技能来定位节点并办理节点间的相相联系。规划扩展器也称路由节点，可在网络中发送音讯，假如一个节点或和谐节点出了问题，网络仍能持续正常作业，仅仅会在必定程度上影响操作性。自愈路由发现以及路由过期 （route expiraTIon）等其它优异特性可进步路由算法的牢靠性与功率。
需求考虑的另一个重要要素是运用某协议所触及的财政本钱。运用某组织供给的专有网络协议一般要付出会员费或专利运用费。不过运用 zigbee 无需付出专利运用费，但要求参加该联盟并每年交纳象征性的会员费的。此外，验证进程也需求投入很多的时刻和金钱。芯片厂商的专有协议一般要求其产品只许在其特许场所运用。
稳健性与牢靠性
低功耗网络协议施行的稳健性与牢靠性可归结为三点：音讯交给、物理层考虑事项以及音讯发送协议。音讯交给取决于路由技能来保证数据包的成功传输以及网络买卖的安全性。物理层考虑事项触及作业通道内的噪声或其它传输信号的搅扰问题。音讯发送协议则界说了通道的分区，保证一切设备都能运用物理介质，而不会在传输进程中导致数据包抵触。上述三点均有助于进步网络服务质量 （QOS），是一系列用以丈量数据包通讯功率、传输速率及毛病率的网络规范。
通道扫描即侦听通道中传输量或噪声巨细的才干，归于物理层考虑事项。网络协议经过通道扫描来查找特定作业频带内最不或许搅扰节点间通讯的通道。频率捷变性是指网络改动网络上一切节点的作业通道的才干，这样即使某条通道遭到搅扰，网络仍能持续作业。咱们还能经过承认机制来改善音讯交给才干，即让接纳节点在成功接纳数据包后向开始的发送节点反应一个 ACK 承认信息。点对点承认机制合作音讯重试次数界说有助于大幅下降数据包丢掉的或许性。而端对端承认机制将供给另一层安全性，保证数据包不会丢掉，这在选用杂乱路由算法的大型多跳转网络中特别重要。
音讯发送协议界说了网络带宽是怎样取得并进行分区的。不同的无线协议可界说不同的带宽分区，其或许包含频分、空分、时分或码分等。频分可了解为一屋子的人用凹凸不同的声响说话；空分可了解成一屋子的人在不同方向上说话；时分可了解成一屋子的人都竞赛说话权，但只需有一个人抢先讲话，其他人就不再说话了；码分则可了解为一屋子的人用凹凸不同的声响讲不同的言语。在本文触及的协议中只评论时分，也便是时分多址协议，这种协议有同步和异步通讯两种或许的施行计划。
和谐节点播送周期性网络信标并将不同信标间的时刻间隔划分为相同的时隙，然后完结同步通讯。单个网络信标以及呈现鄙人一信标之前的各时隙均称作超帧。超帧的时隙可进一步分为活动和非活动通讯期，这样和谐节点在非活动期的低功耗形式下就能进入休眠状况。咱们可经过通道侦听多址（CSMA）技能或通讯前侦听算法来保证或让各方争用时隙。
CSMA 算法界说了多个节点一起测验通讯时判优RF 通道运用的协议。最常见的施行计划是选用 CSMA/CA 算法，这儿的 CA是指防磕碰体系，由于发送节点一旦侦听到通道繁忙将撤销发送音讯。CSMA 算法还有其它的施行，如 CSMA/CD（磕碰检测）和CSMA/CR（磕碰处理）等，但这些在 RF 协议施行中并不常见，也不在本文评论的规划之内。
安全性是影响无线通讯稳健性的另一个重要要素，一起也是网络的首要功用。例如，家庭安全网络或许包含一个车库门敞开器，用它来开关车库门锁。这种体系需具有高度的安全性，避免偷听或呈现安全漏洞，保证隐私。咱们可经过选用不同等级的安全密钥和加密机制、进行音讯验证与完好性保护、运用安全信赖中心（trust center）等办法来保证安全性，也便是说，经过网络上的单个节点（一般是网络和谐节点）而不是选用分布式安全机制来处理一切安全问题。假如选用分布式安全机制，在创立不同链接时会别离交流对称密钥，某个进犯节点会绕开办理节点的直接验证，很简略进入网络。
第二部分
在本文榜首部分，咱们评论了包含开放体系互连（OSI）网络模型在内的网络根底知识，并介绍了低功耗网络的特色以及包含运用考虑事项和稳健性与牢靠性等在内的相关挑选规范。在第二部分中，咱们将评论更多挑选规范，介绍802.15.4协议并将其与上述挑选规范进行了比较。
简洁易用性
简洁易用性反映为对协议可用性的片面剖析。包含代码可读性、支撑文档、直接工程规划支撑和简化的 API 等在内的多种要素都有助于简化对哪怕是最杂乱软件体系的学习进程；不过，本文所说的简洁易用性是从协议的杂乱程度视点来说的。依据不同运用要求，规划人员或许认为须选用高度杂乱的协议，但咱们应认识到，软件施行计划越杂乱，特性集也就越丰厚。802.15.4、zigbee 和 SimpliciTI 等低功耗无线协议正好完结了杂乱性与简洁易用性的最佳平衡，其供给的完好协议架构，便于规划人员了解并发挥特性集的悉数优势。如施行计划过于杂乱，即使经验丰厚的嵌入式开发人员都或许感到头疼。因而，协议特性与简洁易用性相平衡是咱们要考虑的一个重要挑选规范。
硬件与 RF 考虑事项
咱们应考虑的一些硬件和运用问题，其间包含体系的物理规划、传输间隔、本钱预算、功耗预算，以及运用特性（如要求语音辨认或用户接口）等。只需答复了这些问题，咱们才干承认选用何种无线协议，才干清晰支撑何种微操控器特性。在超低功耗协议规划中应考虑的要害硬件挑选规范如图 5所示。
上述挑选规范适用于本文所评论的有关协议，也是在施行终究处理计划评价硬件时可学习的重要依据。咱们还应处理一些体系级问题，如硬件的物理尺度，由于这会约束MCU和/或无线电的挑选。在某些状况下，在单个器材上集成了MCU和无线电的片上体系（SOC）是一款具有最佳尺度与特性的处理计划。而在其它状况下，尺度的约束意味着支撑集成模仿功用的 ADC 等会决议 MCU 的挑选。此外，硬件的挑选还会遭到协议自身对存储器和 MCU 资源要求的影响。假如协议施行的资源要求对MCU的运用功用有必定约束，那么规划人员就可挑选专门用来支撑施行计划的无线运用处理器，如zigbee 协议栈处理器，这样就能让“运用”MCU来施行定制运用功用。
在详细评论协议之前，图 6 以 MSP4304618 MCU 和 CC2420 无线电播送为例显现了协议的典范编制，使读者对实践施行中的内存占用状况有个一般性的了解。
802.15.4
802.15.4 规范是由 IEEE 802.15第4使命组 （IEEE 802.15 Task Group 4） 开发的低功耗无线网络规范。原始规范于 2003 年发布，后经修改由 2006 年版替代。跟着越来越多的电子规划人员要求一种适用于低杂乱性、低数据速率以及（大大都状况下）电池供电运用的施行计划，该规范应运而生。具休而言，开发该规范旨在面向家庭主动化、工业操控、农业以及安全监控等领域的运用。包含 zigbee和 zigbee Pro 等在内的若干种其它协议也选用 802.15.4 作为物理层和数据链路层。
也有人将 802.15.4 规范称为 MAC，即媒体接入操控 （Medium Access Control） 规范，由于其可界说网络中恣意两个对等设备的通讯协议。从概念上讲，咱们可以以全功用设备 （FFD） 或精约功用设备 （RFD） 的办法施行802.15.4 个人局域网 （PAN） 中的设备。FFD 节点具有网络和谐器的才干，一般由主电源供电。不过由于每个星型装备的 PAN 只能有一个 FFD 节点，所以 FFD 一般不会一向用作网络和谐器。FFD 可用作通用节点。RFD 节点在规划上相对简略，因而不能充沛发挥网络和谐器的悉数功用，只能与 FFD 节点通讯。RFD 节点关于运用的施行要求很低，然后可下降 IC 的本钱，有或许作为运用中启用传感器或制动器的节点，并且由于运转占空比极低，也比较有或许合适选用电池供电。如过错！未找到引证源。 所示，若 FFD 和谐器向子节点之一（也有必要为 FFD）分配新的 PAN 标识 （PAN ID） 后就可以对 802.15.4 网络的星型拓朴进行扩展，然后创立仅有和谐器节点才干够交流信息的 PAN 群集。留意该规范不直接支撑路由。
经过界说两个节点之间的通讯，如网络办理根底，802.15.4 规范可为开发 zigbee 等更高档别的网络施行供给灵敏的根底。
尽管 802.15.4 规范是开发更高档别网络的杰出根底，但其存在必定的杂乱性，这在恰当的运用考虑条件下，可以直接当作一种牢靠的通讯办法进行布置。一般来说，假如要满意下列要求，规划人员应考虑选用802.15.4 规范：
要求选用业界规范化的物理层与较低层协议
可自在规划自己的较高层协议
可以灵敏挑选各种硬件与较低层软件厂商
具有物理层与较低协议层的互操作性
完结较低的规划与开发本钱
由第三方厂商/供货商供给支撑与保护
且乐意承受下列下风：
需求规划与开发较高层协议和运用
依据规范会存在无线电播送通道约束
为便于了解这些运用级考虑事项契合 802.15.4 规范的原因，对协议自身的稳健性、牢靠性以及全体施行进行剖析十分重要。图 8 是该协议层的概念组织结构与从前评论的 OSI 模型的比较。
实践上，“媒体接入操控”仅指 802.15.4 规范的数据链路层。物理层，也称为 PHY 层，可以界说无线电播送设备间在欧洲（868 MHz）、美国（915 MHz）以及世界规划（2.4 GHz）工业、科学以及医疗（ISM）频带上作业的物理链接。PHY 层可经过 DSSS RF 调制计划终究供给节点之间的数据传输服务，并设定 868/915MHz 通道的数据速率为 20 kbps 或 40kbps，2.4 GHz 通道的作业数据速率为 250kbps。此外，PHY 层还可规矩网络节点的特性要求，如接纳机功率检测、链接质量指示、无搅扰通道评价以及寻址计划（包含 64 位 IEEE 寻址和 16 位网络地址，可在网络中设定 64，000 个节点）。
协议的 MAC 层供给的特功用够完结牢靠的对等通讯，如数据包帧办理、节点相关、对等承认等。802.15.4网络可完结同步或异步通讯。同步通讯由 16 个时隙构成的超帧界说，可以挑选其间的 7 个时隙供给担保，或许一切时隙都可以运用 CSMA/CA 协议。彻底依照 CSMA/CA 协议处理异步通讯，假如通道繁忙会引起对传送节点的随机的指数时长的退避，直到下一次测验传输数据包。在任一状况下，在发送与接纳节点之间都可施行承认计划，以最大极限地下降数据包业务买卖的丢包或许性。假如发送方接纳到 NACK，就意味着该数据包未被成功接纳。在这种状况下，依据超时的重发计划与用户界说的重试次数将最有或许保证数据包的成功交给。为完结异步通讯，802.15.4 网络中的 FFD 节点也会施行存储并转发功用。
802.15.4 没有指定加密办法。不过，契合规范的软件渠道可以施行某些功用，以运用户可以轻松地在较高层施行中增加对称加密办法。这样，用户就可对其运用选用的安全办法进行优化。
802.15.4 协议的相对易用性与功用性的平衡使得现有的软件施行具有杰出的易用性。由于协议供给的高牢靠性，一般来说假如结合选用某种低一级级使命调度程序，则工程规划小组从上手到充沛运用现有处理计划只需求很少时刻。参见图 6，协议对内存占用、资源要求以及协议开支等也没有约束性要求。
第三部分
本文榜首部分和第二部分评论了网络的根本知识，其间包含开放体系互连 （OSI） 网络形式、低功耗网络和802.15.4的特色与选用规范（如运用层问题、稳健性/牢靠性）以及怎样依据这些挑选规范进行比较判别。第三部分将评论 zigbee 和 SimpliciTI，并将供给怎样挑选协议的相应比方。
zigbee
zigbee 选用 802.15.4 规范作为其对等通讯的根底。该规范由 zigbee 联盟 （zigbee Alliance） 开发并办理。zigbee Alliance 是一家出资于该规范并在无线领域进行推行的联合组织，并且日益为业界所重视。不过zigbee 具有自己共同的运用功用，用户应对此进行充沛了解，而不是匆促地将其运用于一切的低功耗无线运用领域。
zigbee 最常用作异步通讯规范，其具有 CSMA/CA 通道接入才干，并具有 802.15.4 章节所述的一切功用。针对相同商场领域的状况下，比较之下 zigbee 可为寻求准担保信息交给、大规划轻松网络集成以及设备间互操作性的开发人员供给很多优势，一起还供给很多 802.15.4 规范不能直接处理的较高档别网络问题的处理计划。
zigbee 网络的施行有三种拓扑，如图 9 所示。与 802.15.4 相似，zigbee 支撑对等通讯与星型装备。zigbee 在 802.15.4 规范之上增加了路由协议与层级网络寻址计划，可完结群集树拓扑结构（具有相同PAN ID）以及多跳网状网络拓扑。
这些拓扑结构均由可完结三种逻辑笼统功用之一的 802.15.4 FFD 和 RFD 节点供给支撑。有必要为 FFD 的zigbee 和谐器将发动网络和办理网络衔接与安全密钥等大大都网络参数，是路由音讯不可分割的组成部分。zigbee 路由器也有必要为 FFD，担任转发往复于其他网络节点的音讯，并完结 zigbee 网络的网状网特性，一起扩展网络的全体掩盖规划。zigbee 和谐器与路由器一般由主电源供电，由于它们应可以在任何时刻接纳和传输音讯。假如估计运用的数据传输是周期性的，则 zigbee 也可以选用 802.15.4 同步网络的TDMA 音讯传输协议。zigbee 终端设备以 RFD 办法施行，可以最大极限地削减其占空比和资源要求，然后完结选用电池供电并长时刻作业的目的。
zigbee 抱负适用于具有下列要求的运用：
选用规范化的物理层与较低层协议 （IEEE 802.15.4）
规范化的较高层协议（比方网状网拓扑，多跳等）
全面互操作性，乃至抵达运用层等级（公共装备文件）
规划与开发要求低（仅限于运用）
技能支撑与保护厂商/供货商之间竞赛剧烈
zigbee 可承受下列下风：
zigbee Alliance 成员费用
认证费用（假如不专门针对契合 zigbee 或许 zigbee 认证的产品则无需此费用）
代码量（功用性的开支或许大到难以运用）
无线电播送通道约束（限于在 IEEE 802.15.4 中指定的通道）
上述所列各项标明需求对许多项目进一步弄清，因而首要对规范化的较高层协议进行描绘。与 802.15.4 比较，如图 10 所示，zigbee 可向上施行至 OSI 无线运用网络模型的传输层，乃至可以抵达部分会话层。
对 802.15.4 协议最杰出的三项新特性是网状网路由算法，一个功用强壮的安全施行，以及运用级笼统以在方针商场领域中完结设备与可互操作“运用装备文件”的强壮相关性。
zigbee 网络的网状网路由算法使其成为网络上终端设备之间数据交给的极牢靠办法。除了可以在网络中保证分组交给的可选端到端承认，zigbee 还界说了可以环绕毛病节点进行通讯的路由发现算法，这也称为zigbee 的通讯自愈才干。路由发现是一种可由任何路由器设备发动并一向针对特定目的地履行的最短途径算法。核算的原理是由于每个节点都一向保存着至一切相邻设备的“链接本钱”记载，其间链接本钱是丈量所接纳信号的信号强度。累加沿路由一切链接的链接本钱就可得出“路由本钱”，并可核算网络中每个路由的路由本钱。
节点可以经过向其相邻设备播送针对特定目的地的路由恳求 （RREQ） 数据包来恳求路由发现。每逢某节点接纳 RREQ 时，其就会向路由本钱累加其链接本钱，然后再相应播送 RREQ。这种状况将重复进行，直至一切 RREQ 均抵达目的地设备。然后目的地设备将挑选路由本钱最低的 RREQ 数据包，并播送路由回复 （Route Reply）。当 RREP 数据包回来至源地，一切中心节点将更新它们的路由表，指示通往目的地的路由。这样，节点可丢掉至下一跳的衔接，并向网络发送路由过错 （RERR） 数据包，以便鄙人一次有人企图向其发送音讯时，就会发动新的路由发现。
zigbee 可施行广泛的安全措施。zigbee 选用三种安全性密钥，即用于长时刻安全性的主密钥、参加网络的网络密钥，以及用于对等通讯的加密密钥。选用 AES-128 位加密规范履行加密。在查验音讯的完好性方面，zigbee 选用 M%&&&&&%-128，即音讯完好性代码。此外，经过运用和谐器作为信赖中心从单个节点办理一切安全性，网络还可以定时挑选对对称加密密钥进行更新，然后完结安全通讯的无限办理。
不过，运用级笼统或许是 zigbee 最具有竞赛力的特性。可以对每个节点进行汇编以包容多达 270 个“端点”或许运用。举例来说，每个端点都可以代表一个电灯开关或许一个灯泡（灯泡 01、灯泡 02 等）。每个端点可以承受恣意类型的数据，也可以发送恣意类型的数据。从某端点输出到另一端点的输入数据有单个描绘符，一般称为群集 （Cluster）。为持续运用灯泡作为比方，假定被命名为“light_status_on_off”的灯泡开关状况是这些称为群集的数据描绘符之一。然后，每个端点就可以依据端点 ID （1-270） 及其群集列表（接纳或许传输的数据类型）进行描绘。在群集匹配的状况下，就可以进行1对1或许一对多端点的逻辑绑定。在该例中，某一灯泡开关可以与任一或许一切被描绘为支撑“light_status_on_off”群集的灯泡逻辑绑定。这种运用级的1对1或许一对多绑定是 zigbee 协议功用强壮的特性。
假如 zigbee Alliance 其时界说了群集列表和解说端点间群集流的办法，就可以为特定运用（如电灯开关/电灯泡等）指定规范，且无需忧虑用于施行运用的详细硬件。zigbee Alliance 正好现已完结了这项使命，将这些规范称为运用装备文件，然后不只使来自不同厂商的运用可以彻底完结互操作性，并且还加强了zigbee 低功耗无线网络方针商场领域的全体竞赛性。
假如互操作性不是规划人员的首要目的，zigbee Alliance 还可以让规划人员界说不同享的企业专用型运用装备文件。为短小精悍，咱们就不对 zigbee 施行的其他特性进行详细评论了，这些特性包含群组寻址、频率捷变、会话毛病的主动重参加和协议最新版别 zigbee 2007（也称为 zigbee PRO）供给的系列附加特性。zigbee PRO 根本上仍归于 zigbee 规范领域，但在修改时增加了用于优化支撑超大网络集成的特性。如欲了解更多概况，敬请拜访 zigbee Alliance 网站：www.zigbee.org。
选用 zigbee 协议进行产品规划的下风包含与开发 zigbee 产品相关的本钱：按年付出给 zigbee Alliance的成员费用、认证产品是否契合 zigbee 的费用以及协议自身的存储器占用。zigbee 协议加载的特性很难在每项运用中都得到充沛运用，然后在定制处理计划的状况下需求规划额定的存储器资源。在某些状况下，对存储器与资源的要求乃至可以约束到终究运用级。因而，部分企业推出了具有集成 MCU、预加载了 zigbee 软件协议栈的无线电播送组件，其运转则由少数 API 对另一个以运用为中心的 MCU 的调用来操控。经过选用 SPI 通讯来更新zigbee芯片的装备，运用 MCU 可以免受协议对存储器与资源要求的约束，可以有用地处理其他运用使命。
SimpliciTI
SimpliciTI 是现有低一级级协议施行的典范，规划人员在开发时刻有限、网络拓扑简略的运用时可以用来施行。实践上，不契合现有低功耗无线规范的专有网络十分多，不只跨多个运用空间并且还具有各种不同的施行杂乱性。之所以将 SimpliciTI 选作典范协议，是由于其与 802.15.4 和 zigbee 比较具有更小的尺度以及更低的杂乱度。不过还有很多其他施行计划也值得归入考虑规划，简略来说有 Ant、Blue Robin、MiWi或许 SunSpot 等。SimpliciTI 具有很多优异的要害特性，如内存占用少、便利易用、杂乱度低一级。
SimpliciTI 专心于支撑简略星型网络的对等拓扑，即指最大化地运用称为接入点 （Access Point） 的单个网络和谐器。图 12是一个家庭主动化网络的典范，其间 SimpliciTI 网络还界说了规划扩展器 （Range Extender） 与终端设备 （End Device） 笼统概念。可将该网络扩展至包含多达四个规划扩展器。
SimpliciTI 供给简化的网络办理功用，包含可完结终端设备休眠功用的存储并转发缓存、网络初始化、根本链接办理以及网络探究。图 13 显现的该协议架构很难直接与 OSI 模型并行，由于其在物理层、数据链路层以及网络层中施行的功用都有所简化，难以充沛满意各层全面施行的要求。
SimpliciTI 选用可以与供给办理功用的网络层通讯、十分相似于 TCP/IP 协议的端口架构，并可保护最少的电路板支撑数据包层，即 BSP 层来与无线播送和MCU进行接口相连。SimpliciTI 没有正式的物理层描绘，因而也没有对频率、数据速率或许调制供给要求，然后为规划人员供给了宽广的硬件级规划空间。
此外，需求要点指出的是，SimpliciTI 协议也没有界说路由、承认或许保证牢靠性的其他办法。用户有必要处理如音讯超越最大运用有用负荷、数据丢掉以及数据冗余等很多问题。但这不是一种约束，由于低功耗运用往往对数据数率和要求都适当低，这儿或许那里丢掉一个数据包不是什么问题。以主动调温器为例，丢掉一个包的数据对运用来说并不构成重大问题。假如通讯的牢靠性对运用十分重要，用户也可在运用级施行牢靠性协议。比方，可重复屡次发送数据，可施行对等层承认，或施行可告诉接纳设备是否丢包的业务买卖计数器。
SimpliciTI 与大都其他现有的低一级级施行适用于具有如下要求的运用：
可自在规划自己的较高层协议
与朴实的专有处理计划比较规划和开发本钱更低
选用可用的较低层协议进行简略便利的即用型施行
且乐意承受如下下风：
需求规划与开发较高层协议和运用
或许对芯片厂商有硬件要求
或许需求向推行规范的公司组织交纳专利费或成员费
免费供给 SimpliciTI 的完好源码，且免专利费，但仅限于运用协议规划方德州仪器 （TI） 所推出硬件的状况。更多概况，敬请拜访 www.ti.com/simpliciti。
协议挑选典范
本节将评论怎样运用上面论述的挑选规范依据假定规划要求来进行选用的一些典范。
数据日志器
榜首个比方是每隔五分钟就记载湿度与气压数据的制作监控体系。在此状况下，依据相关规范要求，数据有必要保存至少五年，但假如每隔几个小时或许丢掉某次采样数据，也不是什么大问题。数据应该保密。装置该体系后，将替代原有的机械监控办法，并且在此状况下有线体系并不适用。工厂出产线长度纷歧，但最长可抵达 27 米，并且相关规矩要求每 7 米设一个感测站。规划进展组织十分紧，体系需求在 6 个月内就完结推出。
从上述要求来看，该规划规范如下：
运用方面的考虑事项
体系可用于每隔五分钟捕获一次湿度与气压数据
最多 5 个感测站
基站有必要向 PC 网络传输数据
体系用于工厂改造，以替代原有的机械记载办法
稳健性与牢靠性
工厂数据应保密
在工厂出产期间将数据记载下来，并且依据规矩要求有必要保存五年，但偶有缺失并不形成要害问题
易用性
体系应在 6 个月内投放商场
硬件与 RF的考虑事项
用电池供电，电池作业时刻最少为两年
在本例中主张选用 SimpliciTI，这首要是由于规划进展组织比较紧，并且体系自身并不杂乱。
家庭安全网络
第二与第三个比方将显现出，假如要求略有变化就会导致挑选不同的协议。本体系是一个在已装修好的家居环境中装置的家庭安全网络，因而从头布线会花销太大。咱们可选配装置几种不同的传感器，如烟雾传感器、玻璃破损传感器、运动传感器以及门禁操控感测 （access control） 等。每个传感器都与基站通讯，然后基站再与家庭安全监控公司通讯。该体系应可以与其它传感器完结互操作性，举例来说，从一家公司收购的烟雾检测器可以合作另一家公司出产的运动检测器。该网络有必要具有高度安全性，以防偷听或篡改。规划进展组织能答应工程师有必定的学习时刻，以加速网络协议的规划作业。
运用方面的考虑事项
家庭安全网络
烟雾检测、玻璃破损、运动检测以及占用检测等
用户界面有必要直观易懂
需求遵从业界规范
应可以从不同厂商技能之间的互操作性及其相关支撑方面获益***
稳健性与牢靠性
要害的规划规范
体系有必要具有高度的安全性，以防篡改、偷听
易用性
需求规范化的施行计划完结牢靠性与安全性***
计划在全体的家庭主动化网络中集成家庭安全性运用
乐意花时刻学习与充沛运用更杂乱的 API
硬件与 RF的考虑事项
大大都网络设备都选用电池供电
本例中的终究成果应挑选运用 zigbee，由于不只需求与不同厂商供给的设备互操作，还要保证满意规范化的牢靠性与安全性要求。
定论
低功耗无线网络对改善运用体会、进步功用性有着巨大的潜力。本文归纳性地介绍了根本的无线网络架构及相关术语，此外还评论了怎样经过相关规范并在必定结构根底上选用何种低功耗无线协议，并且专门讲解了 802.15.4、zigbee 以及低层专有特性集的典范。咱们首要要点评论了高档别运用的考虑事项，随后再深化评论包含稳健性、牢靠性、易用性以及硬件等在内的各项详细规范，以协助规划人员运用结构来为其运用挑选正确的协议，然后为更多产品供给低功耗的无线衔接才干。
