Zigbee自组网需要网关。Zigbee自组网模块通过一组无线节点(称为网关)构建一个拓扑网络，这种拓扑网络可以支持多种类型的终端设备。此外，Zigbee智能网关作为连接Zigbee设备与互联网的桥梁，具有将不同厂商、不同协议的Zigbee设备连接到同一个网络中，实现设备之间的互联互通的作用。这表明，在Zigbee自组网中，网关不仅是构建网络的基础，还提供了设备间通信和网络与互联网连接的能力。
尽管Zigbee技术本身是一种低功耗、短距离的无线自组网通信技术，但其在实际应用中，如智能家居系统中，通常需要通过网关来实现设备的互联和控制管理。这是因为Zigbee设备本身并不具备直接连接互联网的能力，而是依赖于网关来完成这一功能。
虽然Zigbee技术支持自组网，但在实际应用中，特别是当涉及到将Zigbee网络扩展到互联网或其他智能设备时，使用网关是必要的。这不仅有助于提高网络的稳定性和兼容性，还能增强设备之间的互联互通能力。
一、 Zigbee自组网中网关的具体功能和作用是什么?
Zigbee自组网中网关的具体功能和作用主要包括以下几点：
- 实现设备互联：Zigbee智能网关能够将各种Zigbee设备连接到一个网络中，实现设备之间的互联。这样，用户可以通过一个统一的平台来管理和控制这些设备，提高智能家居系统的整体功能和便利性。
- 提供互联网连接：Zigbee以太网网关是连接智能家居设备与互联网的重要桥梁，它用于连接Zigbee无线通信网络与以太网(Ethernet)网络，实现智能家居设备与互联网的连接。
- 网络初始化和管理：在ZigBee网络中，协调器负责网络的初始化和管理。当一个新的节点加入网络时，它会发送一个加入请求到协调器，协调器会根据网络的拓扑结构为其分配一个父节点。
- 系统信息的采集与控制：ZigBee网关作为家居智能化的核心，实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能，从而实现对家庭环境的智能控制。
- 数据传输和通信：Zigbee网关将Zigbee节点连接至互联网或其他网络，实现数据传输和通信，是Zigbee协议栈中的重要组成部分。
- 穿墙技术：Zigbee网关具有穿墙技术，可以让用户更好地掌握网络信息，比如家里的温度、湿度以及电子设备状态等，其优势在于可以在室内外之间进行有效的信息传递。
- 支持自组网能力强：Zigbee技术的一个主要特点是支持自组网能力强，这意味着网络可以自动建立连接和配置网络拓扑结构，具有较强的自恢复能力。
Zigbee自组网中网关的功能和作用涵盖了设备互联、提供互联网连接、网络初始化和管理、系统信息的采集与控制、数据传输和通信、穿墙技术以及支持自组网的能力等多个方面，是智能家居系统中不可或缺的核心设备。
二、 如何配置和使用Zigbee智能网关以实现设备间的互联互通?
配置和使用Zigbee智能网关以实现设备间的互联互通，首先需要了解Zigbee网关的基本概念和功能。Zigbee网关是一种用于连接和控制Zigbee设备的中心设备，能够将Zigbee设备连接到互联网，实现智能家居设备的便捷控制。
- 准备工作是配置Zigbee网关的第一步。这包括准备必要的硬件和软件，以及确保所有设备都已准备好进行连接。通常来说，搭建Zigbee2MQTT网关需要以下硬件：树莓派4B或树莓派Zero加上USB Zigbee适配器。
- 连接Zigbee网关到网络中是下一步。这涉及到将Zigbee网关和Zigbee节点通过适当的接口(如WiFi、蓝牙等)连接起来。一些网关支持本地网页配置和远程云平台配置，方便用户根据自己的需求进行设置。
- 配置Zigbee网关和节点是为了实现网络的正常工作。这可能包括设置网络名称、密码、以及如何与其他智能家居系统(如Home Assistant)集成等。例如，使用ZigBee2mqtt可以添加zigbee设备，并通过“设备与服务”找到此图标进行进一步的配置。
- 为了实现真正的跨品牌设备互联互通，可以考虑使用开源网关，如购买USB Zigbee dongle，并通过开源平台如Home Assistant进行集成，这样可以实现各家品牌的zigbee智能家居设备统一接入网关。
配置和使用Zigbee智能网关的关键步骤包括准备必要的硬件和软件、连接网关到网络、配置网关和节点以实现网络的正常工作，以及考虑使用开源网关来实现跨品牌设备的互联互通。
三、 Zigbee自组网与传统无线网络(如Wi-Fi)相比有哪些优势和劣势?
Zigbee自组网与传统无线网络(如Wi-Fi)相比，具有以下优势和劣势：
优势：
- Zigbee具有低功耗、低成本、低复杂度等特点，适用于多种应用场景和设备类型。
- Zigbee采用Mesh网络结构，具有自修复和自组织能力，能够动态适应网络拓扑的变化。
- Zigbee模块价格相对较低，对于大规模部署尤其经济实惠。
- Zigbee支持多跳通信，有利于扩展网络覆盖范围。
- Zigbee可以形成大型网络，最多可达65.535个节点，且使用AES-128加密算法提供数据完整性检查和身份验证功能，安全性高。
- Zigbee设备的功耗远低于Wi-Fi设备，适合电池供电的应用场景。
劣势：
- Zigbee的传输速率较低，可能不满足大多数网络应用的需求。
- Zigbee的覆盖范围有限，通常比Wi-Fi短。
- Zigbee仅在2.4GHz频段工作，而Wi-Fi则同时工作在2.4GHz和5GHz频段，后者在密集区域可能遇到拥堵问题，但提供了更宽广的频谱选择。
Zigbee自组网技术在低功耗、成本效益、网络扩展能力和安全性方面具有明显优势，特别适合于需要大量传感器和设备连接的物联网应用。然而，其传输速率较低和覆盖范围有限的缺点限制了其在高速数据传输和长距离通信场景下的应用。相比之下，Wi-Fi技术以其高速数据传输能力和较广的覆盖范围，在需要高速连接和大范围网络覆盖的应用场景中更为适用。
四、 在智能家居系统中，Zigbee自组网的实际应用案例有哪些?
在智能家居系统中，Zigbee自组网的实际应用案例包括但不限于以下几个方面：
- 家庭自动化：通过将Zigbee协调器与路由器结合，充当为Zigbee网关，实现家庭自动化的控制。这包括但不限于灯光控制、窗帘控制、温度控制等。
- 智能温湿度通风系统：基于CC2530-Zigbee的温湿度感知的智能通风系统设计，要求系统内的所有设备可以自动组成网络。前端可以有1个或多个温湿度探测节点，后端的节点可以实时接收前端信号，并通过连接电脑将前端节点的温湿度显示出来。
- 智能家居控制：基于Zigbee网络结构，可以用一个主协调节点来控制其他连接的节点，实现全屋智能家居的控制。这种应用方式充分利用了Zigbee技术的低功耗、低成本和组网能力的优势。
- 应急灯系统：在商场等大型场所中，应急灯安装于一栋多层的建筑中，需要按楼层实现分组组网、独立控制。这种应用场景下，Zigbee技术能够满足关键需求，如远程操作和查看灯的状态，以及分组组网的需求。
这些案例展示了Zigbee技术在智能家居系统中的多样化应用，从家庭自动化到环境监控，再到公共安全领域，Zigbee技术都展现出了其灵活性和高效性。
五、 Zigbee自组网的安全性如何保证?
Zigbee自组网的安全性主要通过以下几个方面来保证：
- 加密技术：Zigbee采用了高级加密标准(AES)的加密技术，具体为128位AES加密技术，以保护网络流量的安全。此外，还提供了不同位数的完整性校验，包括0、32、64、128位，以增强通讯加密的安全性。
- 安全模式：Zigbee支持多种安全模式，包括标准安全模式和高级安全模式。在高级安全模式下，传输密钥是加密的，这进一步提高了数据传输的安全性。
- 密钥管理：为了应对密钥可能暴露的风险，Zigbee支持定期更新密钥。网络管理员可以设定密钥更新策略，确保网络的长期安全性。
- 安全特性：随着Zigbee协议规范的更新，例如Zigbee Pro 2023规范，新增了增强设备安全性和物联网互操作性的安全特性，这些新特性有助于提升整体的安全性。
- 碰撞避免机制：Zigbee网络采用了碰撞避免机制，并为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突，从而减少了安全威胁的可能性。
- 自动动态组网功能：节点模块之间具有自动动态组网的功能，这有助于信息的有效传递和网络的稳定运行，同时也在一定程度上增强了安全性。
- 设计考虑安全性：在设计Zigbee Direct时，就考虑到了安全性问题，每个Zigbee Direct Device将实现一个Zigbee直接控制集群，这有助于提高安全性。
Zigbee自组网的安全性通过采用先进的加密技术、支持多种安全模式、实施有效的密钥管理和碰撞避免机制、以及不断更新的安全特性和设计考虑，得到了全面的保障。
