1 ZigBee技術(shù)的淵源

ZigBee是一種新興的短距離、 低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ZigBee名字來(lái)源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式， 蜜蜂通過(guò)跳z形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、 距離和方向等信息。 ZigBee先前亦被稱為HomeRF Lite、 RF-EasyLink或FireFly無(wú)線電技術(shù)， 目前統(tǒng)一稱為ZigBee。

ZigBee 網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 如 圖 1 所 示 。 ZigBee 聯(lián) 盟 在IEEE802.15.4的介質(zhì)訪問(wèn)控制層MAC和物理層PHY之上定義了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的Network and Security (網(wǎng)絡(luò)層和安全層) 和Appliaction Interface （應(yīng)用層）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE和ZigBee聯(lián)盟共同催生了ZigBee技術(shù)協(xié)議， 并且最終免費(fèi)向全世界公開(kāi)。

2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備類型

ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持星狀網(wǎng)、 樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 定義了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 （Coordinator）、 路由器 （Router） 和終端設(shè)備 （End Device） 3種設(shè)備類型。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立的發(fā)起者和管理者， 它管理ZigBee設(shè)備節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)入與退出，網(wǎng)絡(luò)地址的動(dòng)態(tài)分配， 對(duì)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。每個(gè)獨(dú)立的ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許一個(gè)惟一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器來(lái)管理和維護(hù)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。 路由器和終端設(shè)備是一般的ZigBee設(shè)備， 路由器不但具有一般的端設(shè)備的功能， 而且還有路由功能， 而終端設(shè)備沒(méi)有路由功能， 但可以工作在睡眠模式。

3 ZigBee協(xié)議堆棧結(jié)構(gòu)

以Chipcon公司提供的基于CC2420芯片的ZigBee協(xié)議堆棧為例， ZigBee協(xié)議堆棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。

ZigBee堆棧使用了IEEE802.15.4 的介質(zhì)訪問(wèn)控制層MAC和物理層PHY。 ZigBee堆棧層之間及與IEEE802.15.4 MAC之間通過(guò)服務(wù)通道 （SAP） 進(jìn)行通信。 SAP是層與層之間進(jìn)行通信的接口， 不同層與層之間有各自的SAP。 堆棧中的多數(shù)層都為自己的上層提供保留一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體SAP和管理實(shí)體SAP，數(shù)據(jù)實(shí)體SAP完成一般的數(shù)據(jù)傳輸， 管理實(shí)體SAP完成網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)的傳輸。

物理層PHY使用了2.4 GHz和868/915 MHz兩個(gè)不同的物理層。 它們都使用DSSS （Direct SequenceSpread Spectrum， 直接序列擴(kuò)頻 ）技術(shù) ， 物理層數(shù)據(jù)包格式相同。 2個(gè)物理層的區(qū)別在于工作頻率，擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。 2.4 GHz波段為全球統(tǒng)一的無(wú)需申請(qǐng)的ISM頻段， 采用高階調(diào)制技術(shù)提供250 kb/s的傳輸速率 。 868 MHz是歐洲的 ISM 頻段 ，能提供20 kb/s的傳輸速率。 915 MHz是美國(guó)的ISM頻段， 能提供40 kb/s的傳輸速率。 物理層PHY給上層介質(zhì)訪問(wèn)層提供了物理層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)通道PD-SAP和物理層管理實(shí)體服務(wù)通道PLME-SAP兩個(gè)接口， 與MAC層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)安全管理、路由管理、 網(wǎng)絡(luò)管理。 ZigBee協(xié)議中， 設(shè)備類型不同， 其對(duì)應(yīng)的NWK層的功能有所不同， 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的NWK層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立、 為允許加入該網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備分配16位的網(wǎng)絡(luò)地址、 設(shè)備節(jié)點(diǎn)的退出等網(wǎng)絡(luò)管理功能。 協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址固定為0。

網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)介質(zhì)訪問(wèn)控制層數(shù)據(jù)實(shí)體-服務(wù)通道MLDE_SAP 和 介 質(zhì) 控 制 層 管 理 實(shí) 體 - 服 務(wù) 通 道MLME_SAP 這兩類 SAP， 與下層介質(zhì)訪問(wèn)控制層MAC 完成通信 。 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體 - 服務(wù)通道NLDE_SAP 和 網(wǎng) 絡(luò) 層 管 理 實(shí) 體 - 服 務(wù) 通 道NLME_SAP， 與 應(yīng) 用 支 持 子 層 APS 層 進(jìn) 行 通 信 。NLDE_SAP為應(yīng)用支持子層APS層提供數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求和確認(rèn)， 以及向APS層提供遠(yuǎn)程設(shè)備通信請(qǐng)求服務(wù)。NLME_SAP為應(yīng)用支持子層ASP提供加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求和確認(rèn)， 允許加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求， 確認(rèn)， 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)， 建立請(qǐng)求， 確認(rèn)等網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。

ZigBee的應(yīng)用層包含應(yīng)用支持子層 （Applica-tion Support Sublayer） APS、 ZigBee設(shè)備對(duì)象 （Zig-Bee Device Object） ZDO和廠商自定義的應(yīng)用設(shè)備對(duì)象層 （Application Object）。

應(yīng)用支持子層APS層是網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的中間層， 直接服務(wù)于ZDO和廠商自定義的應(yīng)用對(duì)象。 應(yīng)用支持子層APS層維護(hù)綁定表、 APS層數(shù)據(jù)安全管理和對(duì)網(wǎng)絡(luò)中間接尋址消息的映射管理。 APS層通過(guò)APS數(shù)據(jù)實(shí)體-服務(wù)通道 （APSDE-SAP） 和APS管理實(shí)體-服務(wù)通道 （APSME-SAP） 兩個(gè)實(shí)體， 對(duì)上層AF和ZDO層提供服務(wù)。 APS層通過(guò)APSDE_SAPEndpoit和AF層 、 ZDO完成通信 。 Endpoit是對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址的一種擴(kuò)展， 是一組8位二進(jìn)制整數(shù)。

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