Zigbee由連接標準聯盟(CSA，前身為Zigbee Alliance)制定，為節能的無線通訊平台，並且具備可擴展性，能夠靈活連接物聯網裝置，因此適用於智慧家庭等應用。
Zigbee是一種節能的無線通訊平台，其多功能網路拓撲讓裝置能夠輕鬆建立連線，因此，Zigbee適用於自動家庭、工業控制系統等各種應用。本文將詳細探索Zigbee網路拓撲，說明Zigbee網路相容性背後的流程，以及如何迅速將新裝置加入Zigbee網路。
Zigbee網路拓撲結構組成
圖1 Zigbee網路拓撲
靈活性和可擴展性是Zigbee網路最突出的特點。根據應用需求，Zigbee可以採用不同的網域和距離。針對Zigbee網路拓撲(圖1)，負責該技術的連接標準聯盟(CSA)定義如下：
．協調機(PAN Coordinator)：每個Zigbee網路中只有一個協調器，而協調器是該網路的中心，負責啟動入網流程並設定參數、安全設定和路由表。協調器也促進網路連接裝置之間的通訊。
．路由器：Zigbee網路所涵蓋的範圍會在路由器在裝置之間發送資料包時擴大。擴展後的網路能創建網狀網路，允許連接裝置透過多條路由進行通訊，提高可靠性。換句話說，路由器是對於網路穩定性和彈性來說，至關重要的資料傳輸中介。
．終端裝置：大多數的終端裝置由電池供電。儘管消耗的功率較小，但裝置在資源方面將受到限制。除了發送和接收資料之外，終端裝置一般無法發揮其他作用，而是依賴路由器或協調器來執行路由和網路管理任務。
Zigbee網路新裝置加入流程
每當新裝置向現有的Zigbee網路請求加入時，以下資料訊息交換流程將會啟動。
．頻道掃描：新裝置將掃描多個Zigbee頻道(或頻率)，以搜尋附近的Zigbee網路。Zigbee主要在2.4GHz ISM(工業、科學和醫療)頻段的多個通道上運行，而新裝置必須識別該通道。
．信標訊框接收：裝置偵聽協調器裝置發送的信標訊框。這些信標訊框包含關鍵訊息，包括個域網路識別碼(PAN ID)、頻道號碼和擴充PAN ID。擴充PAN ID為Zigbee網路獨有。
．選擇網路：一旦裝置收到來自不同網路的信標訊框，就會選擇符合其網路可用性、安全設定、PAN ID和擴展PAN ID標準的網路。
．裝置初始化：選擇Zigbee網路後，新裝置將建立入網請求封包來初始化入網流程。入網請求封包的關鍵資訊包括：裝置的獨特64位元IEEE位址、定義裝置網路角色的功能、請求裝置所需的PAN ID(若適用)，以及所需操作的通道(若與目前選擇的通道不同)。
．傳輸：新裝置將入網請求資料封包傳送至目標Zigbee網路的協調器。
．入網請求：協調器收到入網請求封包後，對其進行處理以選擇接受或拒絕該裝置加入網路的請求。
．協定資訊封包：若協調器接受請求，其將建立一個包含以下詳細資訊的入網回應資訊封包：分配給加入裝置的16位元短位址(用於網路內尋址)、指示關聯請求結果(成功或不成功)的狀態代碼、網路安全設定和金鑰(若啟用了安全性)。
．傳輸：協調器將入網協定資訊封包傳回新裝置。
．裝置初始化：收到入網協定資訊封包後，新加入裝置將自行初始化，正式成為Zigbee網路的一部分。
．分配短位址：裝置使用短地址在網路內進行通訊。短位址對於路由和定址目的至關重要。
．角色分配：根據其功能，裝置扮演終端裝置或其他定義角色。
．網路內的路由器：終端裝置通常資源有限。因此，終端裝置通常依賴路由器進行路由。路由器則協助資料路由並擴展網路覆蓋範圍。
．路由表更新：當路由器加入網路時，協調器和現有路由器會更新其路由表。
．網狀網路建立：Zigbee網路通常採用網狀拓撲，這意味著裝置可以透過多個路由進行通訊，進而提高可靠性。更新的路由表確保資料可以透過網路有效尋徑。
．金鑰交換：安全性是Zigbee網路最重要的標準(圖2)。加入網路後，裝置使用加密金鑰建立安全通訊通道。這些密鑰對於加密和解密資料至關重要。
圖2 裝置加入Zigbee 3.0網路示意圖([1]NWK為網路層；[2]APS為應用支援子層
．信任中心角色：信任中心通常是協調者，在金鑰管理中扮演至關重要的角色，負責監督加密金鑰的交換並確保只有授權的裝置才能存取網路。
．安全措施：安全機制涉及交換預先共用金鑰、安全憑證或其他驗證方法，以確保通訊安全並防止竊聽和未經授權的存取。
封包交換整合新裝置 Zigbee助攻家庭自動化
Zigbee的網路拓撲結構因通用而適合廣泛的應用。協調器、路由器和終端裝置的角色有助於網路的穩定性和可擴展性。每當新裝置向Zigbee網路發送加入請求，就會觸發封包交換過程，將其整合到現有網路中。Zigbee網路保持可靠和安全特性，使其成為物聯網和家庭自動化應用的理想選擇。
(本文由Granite River Labs提供)