02 · 网络层与组网

对应底座：第四部分·1.3 网络层

学习目标

• 掌握三种网络拓扑结构（星状/树状/网状）
• 理解协调器、路由器、终端设备三类设备角色
• 理解 ZigBee 组网的三大特性：大容量、动态路由、自组网
• 掌握 ZigBee 网络地址的分配规则

网络层职责

ZigBee 网络层基于 IEEE 802.15.4 协议之上，是 ZigBee 协议的核心部分（俗称"核心协议"），主要负责三方面工作：

1. 多设备组网：构建与维护网络
2. 数据传输：设备间控制指令与状态信息的传输
3. 网络安全管理：数据的加密解密

网络拓扑结构

flowchart LR
    subgraph 星状
        S1((协调器))
        S2((节点))
        S3((节点))
        S4((节点))
        S1 --- S2 & S3 & S4
    end
    subgraph 树状
        T1((协调器))
        T2((路由))
        T3((路由))
        T4((终端))
        T5((终端))
        T1 --- T2 --- T4
        T2 --- T5
        T1 --- T3
    end
    subgraph 网状
        M1((协调器))
        M2((路由))
        M3((路由))
        M4((终端))
        M5((终端))
        M1 --- M2
        M1 --- M3
        M2 --- M3
        M2 --- M4
        M3 --- M5
    end

拓扑	特点	适用场景
星状网络	所有节点直连中心节点，结构简单	小型网络
树状网络	层级结构，父节点转发数据	中规模网络
网状网络	节点多路径互联，可靠性高	复杂工业/大场景（ZigBee 3.0 主流）

设备角色

处于网络中的设备统称网络节点，ZigBee 网络节点有三种类型：

设备角色	功能	比喻
协调器（Coordinator）	充当网络网关/中心节点，负责组建网络、协议转换（ZigBee ↔ WiFi/NB-IoT 等），同时具备路由功能	网络的"组织者"
路由器（Router）	负责数据路由/中继，终端设备需通过协调器或路由器加入网络	网络的"中继站"
终端设备（End Device）	叶子节点，必须通过协调器或路由器入网（如温湿度传感器、无线开关、生活电器）	网络的"末梢"

组网三大特性

特性 1 · 大规模组网 支持构建和维护超过 10,000 个节点的网状网络，远超蓝牙（8 个）和 WiFi（32 个）。一方面突破设备数量限制，另一方面网状网络中节点间存在多条链路，某条链路堵塞时可切换其他链路，保证通信稳定。

特性 2 · 动态路由 根据各节点实时状态，动态计算任意两节点间的最优通信路径。在网状网络中，通过计算各路径实时质量，动态选择最优路径。

特性 3 · 自组网 当网络节点因超出通信范围被拆散后，重新回到通信范围内时，能自动重新构建网络实现通信。

网络地址

每个 ZigBee 设备都会被分配一个 16 位网络地址（0x0000 ~ 0xFFFF）用于标识：

地址	含义
0x0000	协调器的固定网络地址
0xFFFF	对整个 ZigBee 网络广播
0xFFFD	只对打开接收的设备广播
0xFFFC	只对协调器和路由设备广播
0xFFFE	无效地址
0xFFF8 ~ 0xFFFB	保留地址
0x0001 ~ 0xFFF7	分配给网络中的设备使用

课后自测

1. 三种网络拓扑各有什么特点？为什么网状网络是 ZigBee 3.0 的主流？
2. 协调器、路由器、终端设备在网络中各承担什么角色？
3. ZigBee 组网的三大特性是什么？分别有什么实际意义？
4. 协调器的网络地址是多少？0xFFFF 代表什么？

内容来源：紫甲 IoT《ZigBee 3.0 开发指南》第四部分·1.3，原站链接