《無線傳感網(wǎng)技術(shù)與設(shè)計》課件第五章 ZigBee技術(shù)原理

第五章ZigBee技術(shù)原理無線傳感網(wǎng)技術(shù)與設(shè)計目錄ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IEEE802.15.4通信層ZigBee網(wǎng)絡(luò)層ZigBee應(yīng)用層2第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.1網(wǎng)絡(luò)體系1.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3協(xié)議架構(gòu)3第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ZigBee技術(shù)是一種低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的基本成員稱為設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備按照各自作用的不同可以分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)?！馴igBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的中心，它的功能包括建立、維持和管理網(wǎng)絡(luò)，分配網(wǎng)絡(luò)地址等。所以可以將ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器認(rèn)為是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的“大腦”。

●ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由器主要負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)、消息傳輸、允許其他節(jié)點(diǎn)通過它接入到網(wǎng)絡(luò)。

●ZigBee終端節(jié)點(diǎn)通過ZigBee協(xié)調(diào)器或者ZigBee路由器接入到網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集或控制功能，但不允許其他節(jié)點(diǎn)通過它加入到網(wǎng)絡(luò)中。4第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------網(wǎng)絡(luò)體系按照OSI模型（開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型），ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層，從下向上分別為物理層、媒體訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用層。其中物理層和MAC層由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義，合稱IEEE802.15.4通信層；網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟定義。5第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、樹型和網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)●在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有的終端設(shè)備只和協(xié)調(diào)器之間進(jìn)行通信。

●樹型網(wǎng)絡(luò)由一個協(xié)調(diào)器和多個星型結(jié)構(gòu)連接而成，設(shè)備除了能與自己的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)互相通信外，其他只能通過網(wǎng)絡(luò)中的樹型路由完成通信?！窬W(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)是在樹型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。與樹狀網(wǎng)絡(luò)不同的是，它允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)互相通信，由路由器中的路由表完成路由查尋過程。6第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)7第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.星型網(wǎng)絡(luò)的形成過程

在星型網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器作為發(fā)起設(shè)備，協(xié)調(diào)器一旦被激活，它就建立一個自己的網(wǎng)絡(luò)，并作為PAN協(xié)調(diào)器。路由設(shè)備和終端設(shè)備可以選擇PAN標(biāo)識符加入網(wǎng)絡(luò)。不同PAN標(biāo)識符的星型網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間不能進(jìn)行通信。2.樹型網(wǎng)絡(luò)的形成過程

在樹型網(wǎng)絡(luò)中，由協(xié)調(diào)器發(fā)起網(wǎng)絡(luò)，路由器和終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后由協(xié)調(diào)器為其分配16位短地址，具有路由功能的設(shè)備可以擁有自己的子設(shè)備。但是在樹型網(wǎng)絡(luò)中，子設(shè)備只能和自己的父設(shè)備進(jìn)行通信，如果某終端設(shè)備要與非自己父設(shè)備的其他設(shè)備通信，必須經(jīng)過樹型路由進(jìn)行通信。3.網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)的形成過程

在網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都可以與在無線通信范圍內(nèi)的其他任何設(shè)備進(jìn)行通信。理論上任何一個設(shè)備都可定義為PAN主協(xié)調(diào)器，設(shè)備之間通過競爭的關(guān)系競爭PAN主協(xié)調(diào)器。但是在實(shí)際應(yīng)用中，用戶往往通過軟件定義協(xié)調(diào)器，并建立網(wǎng)絡(luò)，路由器和終端設(shè)備加入此網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)協(xié)調(diào)器建立起網(wǎng)絡(luò)之后，其功能和網(wǎng)絡(luò)中的路由器功能是一樣的，在此網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間都可以相互進(jìn)行通信。8第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------協(xié)議架構(gòu)9第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------協(xié)議架構(gòu)協(xié)議棧的層與層之間通過服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)進(jìn)行通信。SAP是某一特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。大多數(shù)層有兩個接口：數(shù)據(jù)服務(wù)接口和管理服務(wù)接口。數(shù)據(jù)服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)；管理服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)服務(wù)。

ZigBee協(xié)議體系架構(gòu)是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立的，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了ZigBee協(xié)議的物理層和MAC層。因此ZigBee設(shè)備應(yīng)該包括IEEE802.15.4的物理層和MAC層以及ZigBee堆棧層，其中ZigBee堆棧層包括ZigBee聯(lián)盟定義的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層以及安全服務(wù)商提供的安全服務(wù)層。

10第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------協(xié)議架構(gòu)1.物理層和MAC層

IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為低速率無線個人域網(wǎng)定義了OSI模型最底層的兩層，即物理層和MAC層，也是ZigBee協(xié)議底部的兩層，因此這兩層也稱為IEEE802.15.4通信層。2.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層提供保證IEEE802.15.4MAC層正確工作的能力，并為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口，包括數(shù)據(jù)服務(wù)接口和管理服務(wù)接口。

數(shù)據(jù)服務(wù)接口的作用主要有兩點(diǎn)：

●一是為應(yīng)用支持子層的數(shù)據(jù)添加適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭以便產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元?！穸歉鶕?jù)路由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)單元發(fā)送到通信鏈路的目的地址設(shè)備或通信鏈路的下一跳地址。

管理服務(wù)接口的作用有以下兩點(diǎn)：

●提供的服務(wù)包括配置新設(shè)備、創(chuàng)建新網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備請求加入或者離開網(wǎng)絡(luò)。

●允許ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器請求設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)、尋址、路由發(fā)現(xiàn)等功能。11第一節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-------協(xié)議架構(gòu)3.應(yīng)用層

應(yīng)用層包括三部分：應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對象和廠商定義的應(yīng)用對象。

●應(yīng)用支持子層提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口，包括數(shù)據(jù)服務(wù)接口和管理服務(wù)接口。其中管理服務(wù)接口提供設(shè)備發(fā)現(xiàn)服務(wù)和綁定服務(wù)，并在綁定的設(shè)備之間傳送消息。

●ZigBee設(shè)備對象功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(比如協(xié)調(diào)器、路由器或終端設(shè)備)，發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制。另外，還負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且向他們提供應(yīng)用服務(wù)?！駨S商定義的應(yīng)用對象功能包括：提供一些必要函數(shù)，為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口。另外一個重要的功能是應(yīng)用者可以在這層定義自己的應(yīng)用對象。12第二節(jié)IEEE802.15.4通信層2.1物理層2.2MAC層2.3MAC幀的結(jié)構(gòu)13第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層物理層負(fù)責(zé)的主要功能包括：工作頻段的分配，信道的分配以及為MAC層服務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。1.工作頻段的分配IEEE802.15.4定義了兩個物理標(biāo)準(zhǔn)，分別是2450

MHz(一般稱為2.4

GHz)的物理層和868/915

MHz的物理層。它們基于直接序列擴(kuò)頻，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻段、調(diào)制技術(shù)和傳輸速率的不同。2.信道的分配IEEE802.15.4物理層在三個頻段上劃分了27個信道，信道編號k為0～26。2.4

GHz頻段上劃分了16個信道，915

MHz頻段上有10個信道，868

MHz頻段只有1個信道。14第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層3.物理層服務(wù)規(guī)范物理層的主要功能是在一條物理傳輸媒體上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間透明地傳輸各種數(shù)據(jù)比特流。它提供的主要服務(wù)包括：物理層連接的建立、維持與釋放，物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸，物理層管理，數(shù)據(jù)編碼。物理層功能涉及“服務(wù)原語”和“服務(wù)訪問接口”兩個概念●服務(wù)原語：ZigBee協(xié)議棧是一種分層結(jié)構(gòu)，從下至上第N層向第N

+

1層或者第N

+

1層向第N層提供一組操作(也叫服務(wù))，這種“操作”叫做服務(wù)原語?！穹?wù)訪問接口：服務(wù)訪問接口(ServiceAccessPoint，SAP)是某一特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。這里所說的“接口”是指不同功能層的“通信規(guī)則”。15第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的物理層所實(shí)現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、物理信道的能量檢測、射頻收發(fā)器的激活與關(guān)閉、空閑信道評估、鏈路質(zhì)量指示、物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置。這些功能是通過物理層服務(wù)訪問接口來實(shí)現(xiàn)的，物理層主要有兩種服務(wù)接口(SAP)：

●物理層管理服務(wù)訪問接口(PhysicalLayerManagementEntity，簡稱PLME-SAP)，PLME-SAP除了負(fù)責(zé)在物理層和MAC層之間傳輸管理服務(wù)之外，還負(fù)責(zé)維護(hù)物理層PAN信息庫(PHYPIB)?！裎锢韺訑?shù)據(jù)服務(wù)訪問接口(PhysicalDataSAP，簡稱PD-SAP)，PD-SAP負(fù)責(zé)為物理層和MAC層之間提供數(shù)據(jù)服務(wù)。16第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層17第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層4.數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收

數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是通過PD-SAP提供的PD-DATA原語完成的，它可以實(shí)現(xiàn)兩個MAC子層的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MACProtocolDataUnit，MPDU)傳輸。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)專門定義了三個與數(shù)據(jù)相關(guān)的原語：數(shù)據(jù)請求原語(PD-DATA.Request)，數(shù)據(jù)確認(rèn)原語(PD-DATA.comfirm)和數(shù)據(jù)指示原語(PD-DATA.Indication)。18第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層5.物理能量信道的檢測

協(xié)調(diào)器在構(gòu)建一個新的網(wǎng)絡(luò)時，需要掃描所有信道(在MAC層這種掃描稱作ED_SCAN)，然后為網(wǎng)絡(luò)選擇一個空閑的信道，這個過程在底層是借助物理信道能量檢測來完成的。如果一個信道被別的網(wǎng)絡(luò)占用，體現(xiàn)在信道能量上的值是不一樣的。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了與之相關(guān)的兩個原語：能量檢測請求原語(PLME_ED.request)和能量檢測確認(rèn)原語(PLED-ED.confirm)?！衲芰繖z測請求原語由MAC子層產(chǎn)生。能量檢測請求原語為一個無參的原語，語法如下：

PLME-ED.request()。

收到該原語后，如果設(shè)備處于接收使能狀態(tài)，PLME就指示物理層進(jìn)行能量檢測(ED)。

●能量檢測確認(rèn)原語由物理層產(chǎn)生，物理層在接收到能量檢測原語后把當(dāng)前信道狀態(tài)以及當(dāng)前信道的能量值返回給MAC子層。語法如下：

PLME-ED.confirm(

status,

EnergyLevel

)19第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層6.射頻收發(fā)器的激活與關(guān)閉

為了滿足低功耗要求，在不需要無線數(shù)據(jù)收發(fā)時，可以選擇關(guān)閉底層射頻收發(fā)器。802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個相關(guān)的原語：收發(fā)器狀態(tài)設(shè)置請求原語(PLME-SET-TRX-STATE.request)和收發(fā)器狀態(tài)設(shè)置確認(rèn)原語(PLME-SET-TRX-STATE.confirm)?！袷瞻l(fā)器狀態(tài)設(shè)置請求原語由MAC子層產(chǎn)生。語法如下：

PLME-SET-TRX-STATE.request(

status

)●物理層在接收到收發(fā)器狀態(tài)設(shè)置確認(rèn)原語后，將射頻設(shè)置為對應(yīng)的狀態(tài)，并通過設(shè)置確認(rèn)原語返回才做結(jié)果。語法如下：

PLME-SET-TRX-STATE.confirm(

status

)

20第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層7.空閑信道評估(ClearChannelAssessment，CCA)

由于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的MAC子層采用的是CSMA/CA機(jī)制訪問信道，需要探測當(dāng)前的物理信道是否空閑，物理層提供的CCA檢測功能就是專門為此而定義的。此功能定義的兩個與之相關(guān)的原語為：CCA請求原語(PLME-CCA.request)與CCA確認(rèn)原語(PLME-CCA.confirm)。

CCA請求原語由MAC子層產(chǎn)生，語法為：PLME-CCA.request()，是一個無參的請求原語，用于向物理層詢問當(dāng)前的信道狀況。在物理層收到該原語后，如果當(dāng)前的射頻收發(fā)狀態(tài)設(shè)置為接收狀態(tài)，將進(jìn)行CCA操作(讀取物理芯片中相關(guān)的寄存器狀態(tài))。

CCA確認(rèn)原語由物理層產(chǎn)生，語法如下：

PLME-CCA.confirm(

status

)21第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層8.鏈路質(zhì)量指示

高層的協(xié)議往往需要依據(jù)底層的鏈路質(zhì)量來選擇路由，物理層在接收一個報文的時候，可以順帶返回當(dāng)前的LQI值，物理層主要通過底層的射頻硬件支持來獲取LQI。MAC軟件產(chǎn)生的LQI值可以用信號接收強(qiáng)度指示器(RSSI)來表示。22第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------物理層9.物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置

在ZigBee協(xié)議棧里面，每一層協(xié)議都維護(hù)著一個信息庫(PANinformationbase，PIB)用于管理該層，里面具體存放著與該層相關(guān)的一些屬性參數(shù)，如最大報文長度等。在高層可以通過原語獲取或者修改下一層的信息庫里面的屬性參數(shù)。IEEE802.15.4物理層也同樣維護(hù)著這樣一個信息庫，并提供4個相關(guān)原語：

●屬性參數(shù)獲取請求(PLME-GET.request)。

●屬性參數(shù)獲取確認(rèn)原語(PLME-GET.confirm)?！駥傩詤?shù)設(shè)置請求原語(PLME-SET.request)。

●屬性參數(shù)設(shè)置確認(rèn)原語(PLME-SET.confirm)。23第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層1.

MAC功能概述

IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義MAC子層具有以下幾項(xiàng)功能：

●采用CSMA/CA機(jī)制來訪問信道。

●PAN(PersonalAreaNetwork，個域網(wǎng))的建立和維護(hù)。

●支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)(即加入網(wǎng)絡(luò))和解除關(guān)聯(lián)(退出網(wǎng)絡(luò))。●協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步。

●處理和維護(hù)保證GTS(GuaranteedTimeSlot，同步時隙)。

●在兩個對等MAC實(shí)體間提供可靠鏈路。24第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層2.

MAC層服務(wù)規(guī)范

MAC層包括MAC層管理服務(wù)(MLME)和數(shù)據(jù)服務(wù)(MCPS)。25第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層●MAC管理服務(wù)可以提供調(diào)用MAC層管理功能的服務(wù)接口，同時還負(fù)責(zé)維護(hù)MACPAN信息庫(MACPIB)。

●MAC數(shù)據(jù)服務(wù)可以提供調(diào)用MAC公共部分子層(MCPS)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，為網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)添加協(xié)議頭，從而實(shí)現(xiàn)MAC層幀數(shù)據(jù)。26第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層MAC子層具體功能的實(shí)現(xiàn)如下所述。1)

CSMA/CA的工作原理

CSMA/CA機(jī)制實(shí)際是在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前對信道進(jìn)行預(yù)約，以免造成信道碰撞問題。CSMA/CA提供兩種方式來對無線信道共享訪問，工作流程分別為：

送出數(shù)據(jù)前，監(jiān)聽信道的使用情況，維持一段時間后，再等待一段隨機(jī)的時間后信道依然空閑，送出數(shù)據(jù)。由于每個設(shè)備采用的隨機(jī)時間不同，所以可以減少沖突的機(jī)會。送出數(shù)據(jù)前，先送一段小小的請求傳送RTS報文給目標(biāo)端，等待目標(biāo)端回應(yīng)CTS報文后才開始傳送。利用RTS/CTS握手程序，確保傳送數(shù)據(jù)時不會碰撞。

27第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層

2)

PAN的建立和維護(hù)

在一個新設(shè)備上電的時候，如果設(shè)備不是協(xié)調(diào)器，它將通過掃描發(fā)現(xiàn)已有的網(wǎng)絡(luò)，然后選擇一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如果是一個協(xié)調(diào)器設(shè)備，則掃描已有網(wǎng)絡(luò)，選擇空余的信道與合法的PANID(PersonalAreaNetworkID)，然后構(gòu)建一個新網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個設(shè)備在通信過程中，與其關(guān)聯(lián)的協(xié)調(diào)器失去同步，也需要通過掃描通知其協(xié)調(diào)器。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，802.15.4標(biāo)準(zhǔn)專門定義了4種掃描：ED信道掃描(EDSCAN)、主動信道掃描(ActiveSCAN)、被動信道掃描(PassiveSCAN)和孤立信道掃描(OrphanchannelSCAN)。相關(guān)原語為請求原語MLME-SCAN.request(其參數(shù)為掃描類型、掃描信道和掃描時間)和確認(rèn)返回原語MLME-SCAN.confirm(用于返回掃描結(jié)果)。28第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC層3)關(guān)聯(lián)和解除關(guān)聯(lián)

“關(guān)聯(lián)”即設(shè)備加入一個網(wǎng)絡(luò)，“解除關(guān)聯(lián)”即設(shè)備從這個網(wǎng)絡(luò)中退出。對于一般的設(shè)備(路由器或者終端節(jié)點(diǎn))，在啟動完成掃描后，已經(jīng)得到附近各個網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，下一步就是選擇一個合適的網(wǎng)絡(luò)與協(xié)調(diào)器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在關(guān)聯(lián)前，上層需要設(shè)置好相關(guān)的PIB參數(shù)(調(diào)用PIB參數(shù)設(shè)置原語)，如物理信道的選擇，PANID、協(xié)調(diào)器地址等。4)信標(biāo)幀

在信標(biāo)幀使能的網(wǎng)絡(luò)中，一般設(shè)備通過協(xié)調(diào)器信標(biāo)幀的同步來得知協(xié)調(diào)器里是否有發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)；另外，為了減少設(shè)備的功耗，設(shè)備需要知道信道何時進(jìn)入不活躍時段，這樣，設(shè)備可以在不活躍時段關(guān)閉射頻，而在協(xié)調(diào)器廣播信標(biāo)幀時打開射頻。所有這些操作都需要通過信標(biāo)幀實(shí)現(xiàn)精確同步。29第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)MAC幀即MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)，是由一系列字段按照特定的順序排列而成的。設(shè)計目標(biāo)是在保持低復(fù)雜度的前提下實(shí)現(xiàn)在噪聲信道上的可靠數(shù)據(jù)傳輸。MAC層幀結(jié)構(gòu)分為一般格式和特定格式。30第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)1.

MAC幀的一般結(jié)構(gòu)

MAC幀的一般格式，即所有的MAC幀都由三部分組成：MAC幀頭(MHR)、MAC有效載荷和MAC幀尾(MFR)。31第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)

1)幀控制

幀控制字段的長度為16位，共分為9個子域。幀控制字段的格式如圖

所示32第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)2)幀序號

序號是MAC層為每幀制定的唯一順序標(biāo)示碼，幀序號字段長度為8位。其中信標(biāo)幀的序號是信標(biāo)序號(BSN)。數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀或MAC命令幀的序號是數(shù)據(jù)信號(DSN)。

3)目的PAN標(biāo)識碼

目的PAN標(biāo)識碼字段長度為16位，它指定了幀的期望接收設(shè)備所在PAN的標(biāo)識。只有幀控制字段中目的地址模式不為0時，幀結(jié)構(gòu)中才存在目的PAN標(biāo)識碼字段。4)目的地址字段

目的地址是幀的期望接收設(shè)備的地址。只有幀控制字段中目的地址模式非00時，幀結(jié)構(gòu)中才存在目的地址字段。

5)源PAN標(biāo)識碼

源PAN標(biāo)識碼字段長度為16位，它制定了幀發(fā)送設(shè)備的PAN標(biāo)識碼。只有當(dāng)幀控制字段中源地址模式值不為0，并且網(wǎng)內(nèi)/網(wǎng)際指示位等于0時，幀結(jié)構(gòu)中才包含有源PAN標(biāo)識字段。一個設(shè)備的PAN標(biāo)識碼是初始關(guān)聯(lián)到PAN時獲得的，但是在解決PAN標(biāo)識碼沖突時可能會改變。33第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)6)源地址字段

源地址是幀發(fā)送設(shè)備的地址。只有幀控制字段中的源地址模式非00時，幀結(jié)構(gòu)才存在源地址字段。

7)幀有效載荷字段

有效載荷字段的長度是可變的，因幀類型的不同而不同。如果幀控制字段中的安全使能位為1，則有效載荷長度是受到安全機(jī)制保護(hù)的數(shù)據(jù)。

8)

FCS字段

FCS字段是對MAC幀頭和有效載荷計算得到的16位CRC校驗(yàn)碼。34第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)2.

MAC特定幀格式

MAC幀特定格式包括信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。

1)信標(biāo)幀

信標(biāo)幀實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的同步工作和休眠，建立PAN主協(xié)調(diào)器。信標(biāo)幀的格式如圖所示，包括MAC幀頭、有效載荷和幀尾。35第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)2)數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀用來傳輸上層發(fā)到MAC子層的數(shù)據(jù)。它的負(fù)載字段包含了上層需要傳送的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)負(fù)載傳送至MAC子層時，被稱為MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元。它的首尾被分別附加了MAC幀頭(MHR)和MAC幀尾(MFR)信息。36第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)3)確認(rèn)幀

確認(rèn)幀的格式如圖所示，由MHR和MFR組成。其中確認(rèn)幀的序列號應(yīng)該與被確認(rèn)幀的序列號相同，并且負(fù)載長度為0。37第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)4)命令幀

命令幀用于組建PAN網(wǎng)絡(luò)，傳輸同步數(shù)據(jù)等，命令幀的格式如圖所示。其中命令幀標(biāo)識字段指示所使用的MAC命令，其取值范圍為0x01～0x09。38第二節(jié)IEEE802.15.4通信層

------MAC幀的結(jié)構(gòu)39第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層3.1功能概述3.2服務(wù)規(guī)范3.3幀結(jié)構(gòu)40第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------功能概述ZigBee網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立、路由的實(shí)現(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)地址的分配。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的不同功能由不同的設(shè)備完成。其中ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有三種類型，即協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能?！駞f(xié)調(diào)器具有建立新網(wǎng)絡(luò)的能力?！駞f(xié)調(diào)器和路由器具備允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)或者離開網(wǎng)絡(luò)、為設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的邏輯地址、建立和維護(hù)鄰居表等功能?！馴igBee終端節(jié)點(diǎn)只需要有加入或離開網(wǎng)絡(luò)的能力即可。41第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------服務(wù)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部由兩部分組成，分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體(NLDE)和網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)，●網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體通過訪問服務(wù)接口NLDE-SAP為上層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

●網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過訪問服務(wù)接口NLME-SAP為上層提供網(wǎng)絡(luò)層的管理服務(wù)，另外還負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)層信息庫。42第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------服務(wù)規(guī)范

1.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體(NLDE)

NLDE可提供數(shù)據(jù)服務(wù)以允許一個應(yīng)用在兩個或多個設(shè)備之間來傳輸應(yīng)用協(xié)議，這些設(shè)備必須在同一個網(wǎng)絡(luò)中。NLDE可提供以下服務(wù)類型。

●通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)：NLDE可以通過附加一個適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭，并從應(yīng)用支持子層PDU中產(chǎn)生NPDU。

●特定的拓?fù)渎酚桑篘LDE能夠傳輸給NPDU一個適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。這個設(shè)備可以是最終的傳輸目的地，也可以是交流鏈中通往最終目的地的下一個設(shè)備。43第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------服務(wù)規(guī)范2.網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)

NLME提供一個管理服務(wù)來允許一個應(yīng)用和協(xié)議棧相連接，用來提供以下服務(wù)。

●配置一個新設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體可以依據(jù)應(yīng)用操作的要求來完全配置協(xié)議棧。設(shè)置配置包括開始設(shè)備作為ZigBee協(xié)調(diào)器或加入一個存在的網(wǎng)絡(luò)。

●開始一個網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體可以建立一個新的網(wǎng)絡(luò)?！窦尤牖螂x開一個網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體可以加入或者離開一個網(wǎng)絡(luò)，使ZigBee的協(xié)調(diào)器和路由器能夠允許終端節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)絡(luò)。

●分配地址：使ZigBee協(xié)調(diào)器和路由器可以分配地址給新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。

●鄰居表發(fā)現(xiàn)：去發(fā)現(xiàn)、記錄和報告設(shè)備的一跳鄰居表的相關(guān)信息。

●路由的發(fā)現(xiàn)：可以通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)現(xiàn)以及記錄傳輸路徑，并記錄在路由表中。

●接收控制：當(dāng)接收者活躍時，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體可以控制接收時間的長短并使MAC子層同步或直接接收。44第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------幀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)即網(wǎng)絡(luò)層幀的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)層幀報頭和網(wǎng)絡(luò)層的有效載荷兩部分組成。網(wǎng)絡(luò)層幀報頭包含幀控制、地址信息、廣播半徑域、廣播序列號、多點(diǎn)傳送控制等信息，其中地址信息包括目的地址、源地址、IEEE目的地址和IEEE源地址。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中定義了兩種類型的幀結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀和網(wǎng)絡(luò)層命令幀。45第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------幀結(jié)構(gòu)1)幀控制域46第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------幀結(jié)構(gòu)2)目的地址

目的地址長度域?yàn)?個字節(jié)。如果幀控制域的廣播標(biāo)志子域值為0，那么目的地址域值為16位的目的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址或者廣播地址。如果廣播標(biāo)志子域值為1，目的地址域?yàn)?6位目的組播的GroupID。

3)源地址

在網(wǎng)絡(luò)層幀中必須有源地址，其長度是2個字節(jié)，其值是源設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。4)半徑域

半徑域總是存在的，它的長度為1字節(jié)。當(dāng)設(shè)備每接收一次幀數(shù)據(jù)時，廣播半徑即減1，廣播半徑限定了傳輸半徑的范圍。

5)廣播序列號域

每個幀中都包含序列號域，其長度是1字節(jié)。每發(fā)送一個新的幀，序列號值即加1。幀的源地址和序列號子域是1對，在限定了序列號1字節(jié)的長度內(nèi)是唯一的標(biāo)識符。47第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------幀結(jié)構(gòu)6)

IEEE目的地址

如果存在IEEE目的地址域，它將包含在網(wǎng)絡(luò)層地址頭中的目的地址域的16位網(wǎng)絡(luò)地址相對應(yīng)的64位IEEE地址中。如果該16位網(wǎng)絡(luò)地址是廣播或者組播地址，那么IEEE目的地址不存在。

7)

IEEE源地址

如果存在IEEE源地址域，則它將包含在網(wǎng)絡(luò)層地址頭中的源地址域的16位網(wǎng)絡(luò)地址相對應(yīng)的64位IEEE地址中。8)多點(diǎn)傳送控制

多點(diǎn)控制域是1字節(jié)長度，且只有廣播標(biāo)志子域值是1(即組播)時才存在。48第三節(jié)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層

--------幀結(jié)構(gòu)9)源路由幀

源路由幀只有在幀控制域的源路由子域的值是1時，才存在源路由幀子域。它分為3個子域：應(yīng)答計數(shù)器(1個字節(jié))、應(yīng)答索引(1個字節(jié))以及應(yīng)答列表(可變長)。

●應(yīng)答計數(shù)器子域表示包含在源路由幀轉(zhuǎn)發(fā)列表中的應(yīng)答數(shù)值。

●應(yīng)答索引子域表示傳輸數(shù)據(jù)包的應(yīng)答列表子域的下一轉(zhuǎn)發(fā)索引。這個域被數(shù)據(jù)包的發(fā)送設(shè)備初始化為0，且每轉(zhuǎn)發(fā)一次就加1。●應(yīng)答列表子域是節(jié)點(diǎn)的短地址列表，用來為源路由數(shù)據(jù)包尋找目的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。

10)幀有效載荷

幀有效載荷的長度是可變的，包含的是上層的數(shù)據(jù)單元信息。49第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層4.1基本概念4.2應(yīng)用支持子層4.3應(yīng)用框架4.4設(shè)備對象50第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層ZigBee的應(yīng)用層由應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對象、ZigBee應(yīng)用框架(AF)、ZigBee設(shè)備模板和制造商定義的應(yīng)用對象等組成。51第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----基本概念1.?節(jié)點(diǎn)地址和端點(diǎn)號節(jié)點(diǎn)地址：地址類型有兩種，64位IEEE地址(即MAC地址，是全球唯一的)和16位網(wǎng)絡(luò)地址(又稱短地址或網(wǎng)絡(luò)短地址，是設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后，由網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器分配給設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)短地址)。端點(diǎn)號：端點(diǎn)號(也簡稱端點(diǎn))是ZigBee協(xié)議棧應(yīng)用層的入口，它是為實(shí)現(xiàn)一個設(shè)備描述而定義的一組群集。每個ZigBee設(shè)備可以最多支持240個端點(diǎn)，即每個設(shè)備上可以定義240個應(yīng)用對象，端點(diǎn)0被保留用于設(shè)備對象(ZDO)接口，端點(diǎn)255被保留用于廣播，端點(diǎn)241～245被保留用于將來擴(kuò)展使用。52第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----基本概念2.間接通信和直接通信間接通信：指各個節(jié)點(diǎn)通過端點(diǎn)的“綁定”建立通信關(guān)系，這種通信方式不需要知道目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址信息，包括IEEE地址或網(wǎng)絡(luò)短地址，Zstack底層將自動從棧的綁定表中查找目標(biāo)設(shè)備的具體網(wǎng)絡(luò)地址并將其發(fā)送出去。綁定是指兩個節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層上建立起來的一條邏輯鏈路。直接通信：該方式不需要節(jié)點(diǎn)之間通過綁定建立聯(lián)系，它使用節(jié)點(diǎn)地址作為參數(shù)，調(diào)用適當(dāng)?shù)膽?yīng)用接口來實(shí)現(xiàn)通信。直接通信的關(guān)鍵點(diǎn)之一在于節(jié)點(diǎn)地址的獲得(獲取IEEE地址或網(wǎng)絡(luò)短地址)。由于協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)短地址是固定為0x0000的，因此直接通信常用于設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間的通信。53第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----基本概念3.簇

簇(cluster)可以由用戶自定義，用于代表消息的類型。當(dāng)一個任務(wù)接收到消息后，會對消息進(jìn)行處理，但不同的應(yīng)用有不同的消息，簇是為了將這些消息區(qū)分開而定義的。4.設(shè)備發(fā)現(xiàn)

在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，一個設(shè)備通過發(fā)送廣播或者帶有特定單播地址的查詢，從而發(fā)現(xiàn)另一設(shè)備的過程稱為設(shè)備發(fā)現(xiàn)。設(shè)備發(fā)現(xiàn)有兩種類型：第一種是根據(jù)IEEE地址；第二種是短地址已知的單播發(fā)現(xiàn)和短地址未知的廣播發(fā)現(xiàn)。接收到查詢廣播或單播發(fā)現(xiàn)信息的設(shè)備，根據(jù)ZigBee設(shè)備類型的不同作出不同方式的響應(yīng)。

●ZigBee終端設(shè)備：根據(jù)請求發(fā)現(xiàn)類型的不同，發(fā)送自己的IEEE地址或短地址。●ZigBee路由器：發(fā)送所有與自己連接的設(shè)備的IEEE地址或者短地址作為響應(yīng)。●ZigBee協(xié)調(diào)器：發(fā)送IEEE地址或者短地址，或與它連接的設(shè)備的IEEE地址或短地址作為響應(yīng)。54第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----基本概念5.服務(wù)發(fā)現(xiàn)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，某設(shè)備為發(fā)現(xiàn)另一終端設(shè)備提供服務(wù)的過程稱為服務(wù)發(fā)現(xiàn)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)可以通過對某一給定設(shè)備的所有端點(diǎn)發(fā)送服務(wù)查詢來實(shí)現(xiàn)，也可以通過服務(wù)特性匹配來實(shí)現(xiàn)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程是ZigBee協(xié)議棧中設(shè)備實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口的關(guān)鍵。通過對特定端點(diǎn)的描述符的查詢請求和對某種要求的廣播查詢請求等，可以使應(yīng)用程序獲得可用的服務(wù)。6.綁定

綁定是一種兩個(或多個)應(yīng)用設(shè)備之間信息流的控制機(jī)制，在Zstack協(xié)議棧中被稱為源綁定。所有需要綁定的設(shè)備都必須執(zhí)行綁定機(jī)制。綁定允許應(yīng)用程序發(fā)送一個數(shù)據(jù)包而不需要知道目標(biāo)地址。應(yīng)用支持子層從它的綁定表中確定目標(biāo)地址，然后將數(shù)據(jù)繼續(xù)向目標(biāo)應(yīng)用或者目標(biāo)組發(fā)送。55第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----應(yīng)用支持子層應(yīng)用支持子層(APS)負(fù)責(zé)應(yīng)用支持子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU的處理、數(shù)據(jù)傳輸管理和維護(hù)綁定列表。應(yīng)用支持子層(APS)通過一組通用的服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間提供接口，這一組服務(wù)可以被ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用，包括應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)(APSDE)和應(yīng)用支持子層管理服務(wù)(APSME)56第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----應(yīng)用支持子層●應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)(APSDE)通過“應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問接口(APSDE-SAP)”提供應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元(APDU)的處理服務(wù)，即APDU要取得應(yīng)用層PDU，并為應(yīng)用層PDU加入合適的協(xié)議頭生成APSDU。

●應(yīng)用支持子層管理實(shí)體(APSME)通過“應(yīng)用支持子層管理服務(wù)訪問接口”提供設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備綁定和應(yīng)用層數(shù)據(jù)庫的管理等服務(wù)，主要提供應(yīng)用程序與協(xié)議棧進(jìn)行交互的管理服務(wù)和對象的綁定服務(wù)。另外，還提供應(yīng)用層信息庫(AIB)管理，即從設(shè)備的AIB中獲取和設(shè)置參數(shù)的能力；安全管理，即使用密鑰來建立與其他設(shè)備的可靠關(guān)系。57第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----應(yīng)用框架

ZigBee設(shè)備中應(yīng)用對象駐留的環(huán)境稱為應(yīng)用框架(ApplicationFramework，英文簡稱AF)。在應(yīng)用框架中，應(yīng)用程序可以通過APSDE-SAP發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，通過“設(shè)備對象公共接口”實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對象的控制與管理。應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)接口(APSDE-SAP)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)傳輸請求、確認(rèn)、指示等原語?！駭?shù)據(jù)請求原語用于在對等的應(yīng)用實(shí)體間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

●確認(rèn)原語報告“數(shù)據(jù)請求原語”執(zhí)行的結(jié)果。

●指示原語用來指示APS向目的應(yīng)用對象的數(shù)據(jù)傳送。58第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----應(yīng)用框架1.

ZigBee協(xié)議棧模板

每個ZigBee設(shè)備都與一個特定的模板有關(guān)，這些模板定義了設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備類型以及用于設(shè)備間通信的簇，比如應(yīng)用環(huán)境為智能家居，那么就可以建立一個智能家居的模板。不過ZigBee模板不是隨意定義的，它們的定義由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。ZigBee聯(lián)盟定義了三種模板，分別為ZigBee協(xié)議棧模板、ZigBeePRO模板以及特定網(wǎng)絡(luò)模板，在Zstack協(xié)議棧中使用了這三種模板。ZigBee的三種類型的模板可以按使用限制分為：私有、公開和共用。單個的ZigBee設(shè)備可以支持多個模板，提供定義的簇標(biāo)識符和設(shè)備描述符。這些簇標(biāo)識符和端點(diǎn)標(biāo)識符通過設(shè)備地址和端點(diǎn)地址來實(shí)現(xiàn)?！裨O(shè)備地址：包含有IEEE地址和短地址的無線收發(fā)裝置?！穸它c(diǎn)地址：設(shè)備中的不同應(yīng)用端點(diǎn)號代表。一個設(shè)備中最多可以有240個端點(diǎn)。59第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----應(yīng)用框架2.功能描述

ZigBee應(yīng)用框架的功能可以簡單概括為組合事務(wù)、接收和拒絕。

1)組合事務(wù)

應(yīng)用框架幀結(jié)構(gòu)允許將若干個單獨(dú)的事務(wù)組合在一個幀內(nèi)，這一組事務(wù)稱為組合事務(wù)。只有共享相同服務(wù)類型和簇標(biāo)識符的事務(wù)才能組合事務(wù)幀。組合事務(wù)幀的長度不能超過最大允許長度。當(dāng)接收到組合事務(wù)幀時，設(shè)備將按順序處理每一個事務(wù)。對于需要應(yīng)答的事務(wù)，將分別構(gòu)造和發(fā)送響應(yīng)幀。發(fā)送的組合事務(wù)響應(yīng)幀長度應(yīng)在APS幀允許的長度之內(nèi)，如果超過允許的長度，則應(yīng)將這個組合響應(yīng)幀分成若干個響應(yīng)幀。2)接收和拒絕

應(yīng)用框架首先從APS接收的幀進(jìn)行過濾處理，然后，檢查該幀的目的端點(diǎn)是否處于活動狀態(tài)。60第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象在ZigBee協(xié)議中，應(yīng)用程序可以通過端點(diǎn)0與ZigBee堆棧的其他層通信，從而實(shí)現(xiàn)對各層的初始化和配置，附屬在端點(diǎn)0的對象(端點(diǎn)0負(fù)責(zé)的功能集)被稱為ZigBee設(shè)備對象(ZigBeeDeviceObject，ZDO)。ZDO提供應(yīng)用對象、模板和應(yīng)用支持子層(APS)之間的接口，標(biāo)識一類基本功能。它處在應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層(APS)之間，滿足ZigBee協(xié)議棧中所有應(yīng)用操作的公共需求。ZDO通過端點(diǎn)0，利用APSDE_SAP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)，利用APSME_SAP實(shí)現(xiàn)管理服務(wù)。這些公共接口在應(yīng)用框架中提供設(shè)備管理、發(fā)現(xiàn)、綁定和安全功能。61第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象

1.設(shè)備對象描述

ZigBee設(shè)備對象(ZDO)使用應(yīng)用支持子層(APS)和網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備的功能。ZDO的功能包括：初始化應(yīng)用支持子層、網(wǎng)絡(luò)層和其他ZigBee設(shè)備層；匯聚來自端點(diǎn)應(yīng)用的信息，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備和服務(wù)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)管理、綁定管理、安全管理、節(jié)點(diǎn)管理等功能。它執(zhí)行端點(diǎn)號為1～240的應(yīng)用端點(diǎn)的初始化。ZDO包括5個功能：

●設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，該對象在所有設(shè)備中都必須實(shí)現(xiàn)。

●網(wǎng)絡(luò)管理，該對象在所有設(shè)備中都必須實(shí)現(xiàn)。

●綁定管理，可選。

●安全管理，可選。

●節(jié)點(diǎn)管理，可選。62第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象1)設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)

ZDO支持在一個PAN中的設(shè)備和服務(wù)發(fā)現(xiàn)。ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端節(jié)點(diǎn)的具體功能如下：

●對于即將進(jìn)入睡眠狀態(tài)下的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，ZDO的設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能將它的IEEE地址、短地址、活動端點(diǎn)、簡單描述符、節(jié)點(diǎn)描述符和功率描述符等上載并保持在其連接的協(xié)調(diào)器或者路由器上，以便能夠在這些設(shè)備處于睡眠狀態(tài)時實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)?！駥τ赯igBee協(xié)調(diào)器或路由器，它們代替與其連接的、處于睡眠狀態(tài)的子設(shè)備，對設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求作出響應(yīng)?！駥τ谒械腪igBee設(shè)備，應(yīng)支持來自其他設(shè)備的設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)本地應(yīng)用程序需要的設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求。63第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象服務(wù)發(fā)現(xiàn)有以下幾種方式：●基于網(wǎng)絡(luò)地址與活動端點(diǎn)的查詢，被詢問的設(shè)備回答設(shè)備的端點(diǎn)號。●基于網(wǎng)絡(luò)地址或者廣播地址，與包括在ProfileID(端點(diǎn)的剖面ID)中的服務(wù)匹配；或者還可以使用端點(diǎn)的輸入/輸出簇，特定的設(shè)備將ProfileID與其活動端點(diǎn)逐一進(jìn)行匹配檢查。然后使用原語作出回答?！窀鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)地址、節(jié)點(diǎn)描述或者功率描述的查詢，特定的設(shè)備返回其節(jié)點(diǎn)描述符及其端點(diǎn)。●基于網(wǎng)絡(luò)地址、端點(diǎn)號和簡單描述符的查詢，該地址的設(shè)備返回簡單描述符及其端點(diǎn)。●基于網(wǎng)絡(luò)地址、符合描述符或用戶描述符的查詢。該功能是可選的，如果設(shè)備支持該功能，則被查詢的設(shè)備發(fā)送自己的符合描述符或者用戶描述符。64第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象2)安全管理

安全管理確定是否使用安全功能，如果使用安全功能，則必須完成建立密鑰、傳輸密鑰和認(rèn)證工作。安全管理涉及如下操作：

●從信任中心處獲得主密鑰。

●建立與信任中心之間的鏈路密鑰。

●以安全的方式從信任中心獲得網(wǎng)絡(luò)密鑰。

●為網(wǎng)絡(luò)中確定為信息目的地的設(shè)備建立鏈路密鑰和主密鑰。

●ZigBee路由器可以通知信任中心有設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建立了連接。65第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象3)網(wǎng)絡(luò)管理這項(xiàng)功能按照預(yù)先的配置或者設(shè)備安裝時的設(shè)置，將設(shè)備啟動為協(xié)調(diào)器、路由器或終端設(shè)備。如果是路由器或終端設(shè)備，則設(shè)備應(yīng)具備選擇連接的PAN及執(zhí)行信道掃描功能。如果是協(xié)調(diào)器或者路由器，則它將具備選擇未使用的信道，以建立一個新的PAN功能。在網(wǎng)絡(luò)沒有建立時，最先啟動的為協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)管理的功能如下：

●給出需要掃描的信道類表，缺省的設(shè)置是工作波段的所有信道?！窆芾頀呙柽^程，以確定鄰居網(wǎng)絡(luò)，識別其協(xié)調(diào)器和路由器。

●選擇信道，啟動一個新的PAN，或者選擇一個已存在的網(wǎng)絡(luò)并與這個網(wǎng)絡(luò)建立連接。

●支持重新與網(wǎng)絡(luò)建立連接。

●支持直接加入網(wǎng)絡(luò)，或通過代理加入。

●支持網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)體，允許外部的網(wǎng)絡(luò)管理。66第四節(jié)ZigBee應(yīng)用層

-----設(shè)備對象4)綁定管理

綁定管理完成如下功能