zigbee協(xié)議規(guī)范及時(shí)間

1、 19竭誠為您提供優(yōu)質(zhì)文檔/雙擊可除zigbee協(xié)議規(guī)范及時(shí)間篇一：zigbee協(xié)議規(guī)范zigbee協(xié)議概述l.l.lzigbee堆棧層zigbee堆棧是在ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，定義了協(xié)議的mac和phy層。zigbee設(shè)備應(yīng)該包括ieee802.15.4(該標(biāo)準(zhǔn)定義了RF射頻以及與相鄰設(shè)備之間的通信)的phy和mac層，以及zigbee堆棧層：網(wǎng)絡(luò)層(nwk)、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。圖1-1給出了這些組件的概況。圖1-1zigbe堆棧框架每個(gè)zigbee設(shè)備都與一個(gè)特定模板有關(guān)，可能是公共模板或私有模板。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。公共

2、模板可以確保不同供應(yīng)商的設(shè)備在相同應(yīng)用領(lǐng)域中的互操作性。設(shè)備是由模板定義的，并以應(yīng)用對(duì)象(applicationobjects)的形式實(shí)現(xiàn)(見圖1-1)。每個(gè)應(yīng)用對(duì)象通過一個(gè)端點(diǎn)連接到zigbee堆棧的余下部分，它們都是器件中可尋址的組件從應(yīng)用角度看，通信的本質(zhì)就是端點(diǎn)到端點(diǎn)的連接(例如，一個(gè)帶開關(guān)組件的設(shè)備與帶一個(gè)或多個(gè)燈組件的遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行通信，目的是將這些燈點(diǎn)亮)。端點(diǎn)之間的通信是通過稱之為簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這些簇是應(yīng)用對(duì)象之間共享信息所需的全部屬性的容器，在特殊應(yīng)用中使用的簇在模板中有定義。圖1-1-2就是設(shè)備及其接口的一個(gè)例子：每個(gè)接口都能接收(用于輸入)或發(fā)送(用于輸出)簇格式的數(shù)

3、據(jù)。一共有二個(gè)特殊的端點(diǎn)，即端點(diǎn)0和端點(diǎn)255。端點(diǎn)。用于整個(gè)zigbee設(shè)備的配置和管理。應(yīng)用程序可以通過端點(diǎn)0與zigbee堆棧的其它層通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這些層的初始化和配置。附屬在端點(diǎn)0的對(duì)象被稱為zigbee設(shè)備對(duì)象(zd0)。端點(diǎn)255用于向所有端點(diǎn)的廣播。端點(diǎn)241到254是保留端點(diǎn)。所有端點(diǎn)都使用應(yīng)用支持子層(aps)提供的服務(wù)。aps通過網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)提供層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服務(wù)，因此能夠適配不同但兼容的設(shè)備，比如帶燈的開關(guān)。aps使用網(wǎng)絡(luò)層(nwk)提供的服務(wù)。nwk負(fù)責(zé)設(shè)備到設(shè)備的通信，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備初始化所包含的活動(dòng)、消息路由和網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層可以

4、通過zigbee設(shè)備對(duì)象(zdo)網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進(jìn)行配置和訪問。于服務(wù)接入點(diǎn)zigbee協(xié)議棧體系包含一系列的層元件，其中有ieee802.15.420 xx標(biāo)準(zhǔn)中的mac層和phy層，當(dāng)然也包括zigbee組織設(shè)計(jì)的nwk層和應(yīng)用層。每個(gè)層的元件有其特定的服務(wù)功能。zigbee的體系結(jié)構(gòu)由稱為層的各模塊組成。每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體提供所有的其他管理服務(wù)。zigbee堆棧的大多數(shù)層有兩個(gè)接口：數(shù)據(jù)實(shí)體接口和管理實(shí)體接口。數(shù)據(jù)實(shí)體接口的目標(biāo)是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)。管理實(shí)體接口的目標(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)的機(jī)制。每個(gè)服務(wù)實(shí)體

5、通過相應(yīng)的服務(wù)接入點(diǎn)(sap)為其上層提供一個(gè)接口，每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)通過服務(wù)原語來完成所對(duì)應(yīng)的功能。zigbee中原語的概念原語是層與層之間信息交互的接口，交互的信息就是原語的參數(shù)。原語只有四種類型：請(qǐng)求原語：Request,確認(rèn)原語：confirm,指示原語：indication,響應(yīng)原語：Response，其中Request和Response是從上層到下層的，confirm和indication是從下層到上層的。舉例：假如上層請(qǐng)求下層打開接收機(jī)，給下層一個(gè)request，下層完成請(qǐng)求的功能后，給上層一個(gè)confirm，告訴上層正確完成了，或者出什么錯(cuò)了；假如上層請(qǐng)求下層發(fā)送數(shù)據(jù)到Remote

6、端，給下層一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送的request,下層完成數(shù)據(jù)發(fā)送任備后，給上層一個(gè)confirm告訴上層結(jié)果；在對(duì)端，對(duì)應(yīng)的下層收到數(shù)據(jù)后，需要通過indication把收到的數(shù)據(jù)傳給上層！假如節(jié)點(diǎn)a要請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)b的對(duì)等層的一個(gè)服務(wù)，給自己下層一個(gè)請(qǐng)求，下層將信息發(fā)送到節(jié)點(diǎn)b的對(duì)等層之后，節(jié)點(diǎn)b的下層用indication告訴上層，上層做出影響后，用Response給到下層，節(jié)點(diǎn)b再發(fā)送到節(jié)點(diǎn)a的對(duì)等層，節(jié)點(diǎn)a的下層再用confirm原語要得到的信息返回給上層。設(shè)備類型和角色ieee802.15.4無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中定義了兩種設(shè)備類型：全功能設(shè)備（FFd）和半功能設(shè)備（RFd）。FFd可以執(zhí)行ieee802

7、.15.4標(biāo)準(zhǔn)中的所有功能，并且可以在網(wǎng)絡(luò)中扮演任何角色，那反過來講，RFd就有功能限制。比如FFd能與網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備通信，而區(qū)尸4就只能和FFd通信。RFd設(shè)備的用途是為了做一些簡單功能的應(yīng)用，比如做個(gè)開關(guān)之類的。而其功耗與內(nèi)存大小都比FFd要小很多。在zigbee網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)分為三種角色：協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。其中zigbee協(xié)調(diào)者（coord）為協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)，每各zigbe網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)。他的主要作用是初始化網(wǎng)絡(luò)信息。zigbee路由器（router）為路由節(jié)點(diǎn)，他的作用是提供路由信息。zigbee終端節(jié)點(diǎn)（rfd為終端節(jié)點(diǎn)），它沒有沒有路由功能，完成的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的終端任務(wù)。其中FF

8、d可以扮演任何一個(gè)角色，而區(qū)尸4只能扮演終端節(jié)點(diǎn)的角色。圖zigbee節(jié)點(diǎn)類型和角色zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)zigbee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)有兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和對(duì)等的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一個(gè)叫做pan主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個(gè)從設(shè)備組成，主協(xié)調(diào)器必須為一個(gè)完整功能的設(shè)備，從設(shè)備既可為完整功能設(shè)備也可為簡化功能設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況，采用不同功能的設(shè)備，合理的構(gòu)造通信網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)通信中，通常將這些設(shè)備分為起始設(shè)備或者終端設(shè)備，pan主協(xié)調(diào)器既可作為起始設(shè)備、終端設(shè)備，也可以作為路由器，它是pan網(wǎng)絡(luò)的主要控制器。在任何一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上，所有設(shè)備都

9、有唯一的64位長地址碼，該地址碼可以在pan中用于直接通信，或者當(dāng)設(shè)備發(fā)起連接時(shí)，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)?6位的短地址碼分配給pan設(shè)備，因此，在設(shè)備發(fā)起連接時(shí)，應(yīng)采用64位的長地址碼，只有在連接成功后，系統(tǒng)分配了pan的標(biāo)識(shí)符后，才能采用16位的短地址進(jìn)行連接，因此，短地址嗎是一個(gè)相對(duì)地址碼，長地址碼是一個(gè)絕對(duì)地址碼。在zigbee技術(shù)應(yīng)用中，pan主協(xié)調(diào)器是主要的耗能設(shè)備，而其他從設(shè)備均采用電池供電，zigbee技術(shù)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常在家庭自動(dòng)化、pc外圍設(shè)備、玩具、游戲以及個(gè)人健康檢查等方面得到應(yīng)用。對(duì)等的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)中，同樣也存在一個(gè)pan主設(shè)備，但該網(wǎng)絡(luò)不同于星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)中的任

10、何一個(gè)設(shè)備只要是在它的通信范圍內(nèi)，就可以和其它設(shè)備進(jìn)行通信。對(duì)等拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠構(gòu)成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如，網(wǎng)孔拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種對(duì)等拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在工業(yè)監(jiān)測和控制、無線傳感器網(wǎng)路偶、供應(yīng)物資跟蹤、農(nóng)業(yè)智能化，以及安全監(jiān)控等方面都有廣泛的應(yīng)用。一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議可以是基于adhoc技術(shù)的，也可以是自組織式的和自恢復(fù)的，并且，在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間發(fā)送消息時(shí)，可通過多個(gè)中間設(shè)備中繼的方式進(jìn)行傳輸，即通常稱為多跳的傳輸方式，以增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。其中，組網(wǎng)的路由協(xié)議，在zigbee網(wǎng)絡(luò)層中沒有給出，這樣為用戶的使用提供了更為靈活的組網(wǎng)方式。無論是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還是對(duì)對(duì)等拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)獨(dú)立的p

11、an都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，利用該pan標(biāo)識(shí)符，可采用16位的短地址碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信，并且可激活pan網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信。各網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)特點(diǎn)1、星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成當(dāng)一個(gè)具有完整功能的設(shè)備（FFd）第一次被激活后，它就會(huì)建立一個(gè)自己的網(wǎng)絡(luò)，將自身成為一個(gè)pan主協(xié)調(diào)器。所有星型網(wǎng)絡(luò)的操作獨(dú)立于當(dāng)前其它星型網(wǎng)絡(luò)的操作，這就說明了在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)唯一的pan主協(xié)調(diào)器，通過選擇一個(gè)pan標(biāo)識(shí)符確保網(wǎng)絡(luò)的唯一性，目前，其它無線通信技術(shù)的星型網(wǎng)絡(luò)沒有用這種方式。因此，一旦選定了一個(gè)pan標(biāo)識(shí)符，pan主協(xié)調(diào)器就會(huì)允許其它從設(shè)備加入到它的網(wǎng)絡(luò)中，無論是具有完整功能的設(shè)備，還是簡化功能的設(shè)備都可以

12、加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。2、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的形成在對(duì)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一個(gè)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。任何一個(gè)設(shè)備都可定義為pan主協(xié)調(diào)器，例如，可將信道中第一個(gè)通信的設(shè)備定義為pan主協(xié)調(diào)器。未來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很可能不僅僅局限為對(duì)等的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是在構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的過程中，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行某些限制。例如，樹簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種應(yīng)用形式，在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以為完整功能設(shè)備，也可以為簡化功能設(shè)備。而在樹簇中的大部分設(shè)備為FFd，RFd只能作為樹枝末尾處的葉節(jié)點(diǎn)上，這主要是由于RFd一次只能連接一個(gè)FFd。任何一個(gè)FFd都可以作為主協(xié)調(diào)器，并且，為其它從設(shè)備或主設(shè)備提供同步服務(wù)。在整

13、個(gè)pan中，只要該設(shè)備相對(duì)于pan中其它設(shè)備具有更多計(jì)算資源，比如具有更快的計(jì)算能力、更大的存儲(chǔ)空間以及更多的供電能力等，這樣的設(shè)備都可以成為該pan的主協(xié)調(diào)器，通常稱該設(shè)備為pan主協(xié)調(diào)器。在建立一個(gè)pan時(shí)，首先，pan主協(xié)調(diào)器將其自身設(shè)置成一個(gè)簇標(biāo)識(shí)符（cid）為0的簇頭（clh），選擇一個(gè)沒有使用的pan標(biāo)識(shí)符，并向臨近的其他設(shè)備以廣播的形式發(fā)送信標(biāo)幀，從而形成第一簇網(wǎng)絡(luò)。接收到信標(biāo)幀的候選設(shè)備可以在簇頭中請(qǐng)求加入該網(wǎng)絡(luò)，如果pan主協(xié)調(diào)器允許該設(shè)備加入，那么主協(xié)調(diào)器會(huì)將該設(shè)備作為子節(jié)點(diǎn)加到她的臨近表中，同時(shí)，請(qǐng)求加入的設(shè)備將pan主協(xié)調(diào)器作為它的父節(jié)點(diǎn)加到鄰近列表中，成為該網(wǎng)絡(luò)中的一

14、個(gè)從設(shè)備；同樣，其他的所有候選設(shè)備都按照同樣的方式，可請(qǐng)求加入到該網(wǎng)絡(luò)中，作為網(wǎng)絡(luò)的從設(shè)備。如果原始的候選設(shè)備不能加入到該網(wǎng)絡(luò)中，那么它將尋找其它的父節(jié)點(diǎn)。在樹簇網(wǎng)絡(luò)中，最簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是只有一個(gè)簇的網(wǎng)絡(luò)，但是多數(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個(gè)相鄰的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。一旦第一簇網(wǎng)絡(luò)滿足預(yù)定的應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)需求時(shí)，pan主協(xié)調(diào)器將會(huì)指定一個(gè)從設(shè)備為另一簇網(wǎng)絡(luò)的簇頭，使得該從設(shè)備成為另一個(gè)pan的主協(xié)調(diào)器，隨后其他的從設(shè)備將逐個(gè)加入，并形成一個(gè)多簇網(wǎng)絡(luò)。多簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于可以增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，而隨之產(chǎn)生的缺點(diǎn)是會(huì)增加傳輸信息的延遲時(shí)間（星型連接的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)）。1.1.4zigbee堆棧容量根據(jù)zigbee堆棧規(guī)定的所有功

15、能和支持，我們很容易推測zigbee堆棧實(shí)現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲(chǔ)器資源。不過zigbee規(guī)范定義了三種類型的設(shè)備，每種都有自己的功能要求：zigbee協(xié)調(diào)器是啟動(dòng)和配置網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)備。協(xié)調(diào)器可以保持間接尋址用的綁定表格，支持關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能設(shè)計(jì)信任中心和執(zhí)行其它活動(dòng)。一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)zigbee協(xié)調(diào)器。zigbee路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，能夠?qū)⑾⑥D(zhuǎn)發(fā)到其它設(shè)備。zigbee網(wǎng)格或樹型網(wǎng)絡(luò)可以有多個(gè)zigbee路由器。zigbee星型網(wǎng)絡(luò)不支持zigbee路由器。zigbee端終設(shè)備可以執(zhí)行它的相關(guān)功能，并使用zigbee網(wǎng)絡(luò)到達(dá)其它需要與其通信的設(shè)備。它的存儲(chǔ)器容量要求

16、最少。然而需要特別注意的是，網(wǎng)絡(luò)的特定架構(gòu)會(huì)戲劇性地影響設(shè)備所需的資源。nwk支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切?、樹型和網(wǎng)格型。在這幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，星型網(wǎng)絡(luò)對(duì)資源的要求最低。zigbee堆棧應(yīng)該可以提供zigbee規(guī)范要求的所有功能，因此制造商的重點(diǎn)工作是開發(fā)實(shí)際的應(yīng)用。為了更加容易實(shí)現(xiàn)，如果制造商使用某種公共模板，那么可用大多數(shù)現(xiàn)成的配置。如果沒有合適的公共模板，則可以充分利用其它模板已經(jīng)做過的工作創(chuàng)建自己的模板。1.1.3zigbee的安全性安全機(jī)制由安全服務(wù)提供層提供。然而值得注意的是，系統(tǒng)的整體安全性是在模板級(jí)定義的，這意味著模板應(yīng)該定義某一特定網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)何種類型的安全。每一層（mac、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層）都能被保護(hù)，為了降低存儲(chǔ)要求，它們可以分享安全鑰匙。ssp是通過zdo進(jìn)行初始化和配置的，要求實(shí)現(xiàn)高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（aes）。zigbee規(guī)范定義了信任中心的用途。信任中心是在網(wǎng)絡(luò)中分配安全鑰匙的一種令人信任的設(shè)備。2協(xié)議棧各層功能概述物理層（phy）物理層定義了物理無線信道和mac子層之間的接口，