ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，也称无线传感器网络。ZigBee联盟预测主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

ZigBee灵活的组网方式，可靠的网络性能，大规模的网络容量为网络运营商带来了巨大的商机，因此设计ZigBee解决方案也成为一个热点。这里就ZigBee网络设计规划和如何计算节点容量展开讨论。

ZigBee产品的优势表现在以下方面：

数据传输速率低：10KB/秒-250KB /秒，专注于低传输应用

功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月

成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本

网络容量大：网络可容纳65,000个设备

时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms

网络的自组织、自愈能力强，通信可靠

数据安全： ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）,各个应用可灵活确定其安全属性

工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段

根据应用环境的需求和对ZigBee产品特性的深入了解，就可设计一个实用的网络。我这里抛砖引玉，更细致的方案需要产品性能的进一步提高和组网设计经验的不断积累。

在一般规划设计时，必须考虑网络容量和时延。ZigBee标准的网络容量虽然可以支持到最多6.5万个网络节点，每两相邻节点完成一次通信需要15ms时间。但在实际应用中需要考虑网络覆盖范围和响应时间。单点容量大了，覆盖范围扩充不大；响应时间大了，应用业务实现不了。这就需要根据应用环境的不同，设计有效的网络拓扑组合来满足各种不同应用。以下分别以理想状态下不同拓扑形式的网络容量计算加以分析：

线性网络

线性网络属于比较简单的网络形式，整个网络只有唯一的一条路径，这就决定了网络中的节点数等于网络的层数，也即跳数（Hop）。在线性网络中，网络的扫描周期（中心节点采集网络中所有骨干节点数据所需的时间）直接取决于网络的跳数，也即骨干网节点数。以每次通信周期为15ms计算，则整个网络的扫描周期T可表示为：

T = 15ms（1+ 2 + 3 + … + n）

其中，T为整个网络的扫描周期，n为网络层数，也即网络节点数。

当T = 20s时，计算可得n = 51，也即线性网络在满足最长20s的扫描周期时的网络最大容量为51节点。以每个节点的通信距离为100米（0.1km）计算，那么整个网络的覆盖范围为51＊0.1＝5.1公里长的线状区域。

根据上述公式，当n = 20时，T = 3s，也即在满足20s扫描周期的前提下可将网络分成6条有20点的支路，这样可使覆盖范围（近似πr^2=12.56）上升到12公里，整个网络容量也增加到120点。

分析结论：线性网络的单一支路20s轮询周期的最大节点数为51，尽量减少跳数有助于提高网络容量。

网状网络

网状网的结构比较复杂，由于网络的多路径性，网络的扫描时间分析起来也比较复杂，以下以正方形区域代替圆形作简要的分析。

　　图 1 ZigBee网状网络示意图

如图1所示，假设在任意两条直线的交叉点处放置一个节点，并且中心节点位于整个网络拓扑的中心位置，那么能和中心点直接通信（1跳）的节点有8个（围绕在中心点周围的8个节点），而中心节点需要用两跳的消耗才能到达的节点有16个，三跳的有24个… …，则整个网络的扫描时间可以下述公式表式：

T = 15ms * 8 (1 + 4 + 9 + … + n*n)

N = 8（1 + 2 + 3 + … + n）

其中，n为网络层数， N为网容节点数。

当T = 20s时，计算可得n = 7，N = 224，也即网状网络在满足最长20s的扫描周期时的网络最大容量为224节点。以每个节点的通信距离为100米计算，那么整个网络的覆盖范围为1.4＊1.4＝1.96平方公里的区域。

而如果中心节点位于整个网络拓扑边缘的话，很明显会增加网络的层数，从而延长了系统的扫描时间，也即减小了整个网络的容量。

分析结论：网状网络的中心节点尽量布置在网络拓扑的中心位置，越靠近边缘，系统的扫描时间会越长，在扫描时间的限定下，整个网络的容量也会变的更小。

空间网状网络

空间的网状网络较之网状网络（平面）更为复杂，可以想象在10层高每层分布20个房间的楼宇内，每个房间装一个通信节点所组成的网络结构。在这种拓扑结构下，整个网络的扫描时间计算为：

T = N * t + n*15ms (1 + 2 + 3 + … + N – 1 )

其中，T为整个网络的扫描周期，t为单层扫描周期，n为每层平面的节点数，N为空间层数。

根据上述公式，若把每一平面层可以看成是一个平面网状结构网络，整个网络由若干垂直分布的平面网状网络组成。以每层25个节点计算，则空间最多不能超过9层。

若把每一平面层可以看成是一个二分支线性结构网络，整个网络由若干垂直分布的二分支线性网络组成。以每层24个节点计算，则空间最多不能超过6层。

分析结论：空间网状网络的系统性能和每平面层的节点个数有直接的关系，为增加网络容量，应尽量减少每平面层的节点数。

混合网络

在实际应用中，现场环境肯定比理想状况复杂的多，一个网络可能需要综合采用以上几种拓扑结构；为了取得更大的覆盖面积，更是需要将各个子网连接起来，以形成一个以各个子网为单元的大的网络结构。如图2所示。

　　 图 2 ZigBee混合网络示意图