【正文】 Zigbee協(xié)議棧中文說明 解析 ZigBee堆棧架構(gòu) ZigBee 堆棧是在 IEEE 標準基礎(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 (該標準定義了 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 11給出了這些組件的概況。 每個 ZigBee 設(shè)備都與一個特定模板有關(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)用對象 (Application Objects)的形式實現(xiàn) (見圖 11)。每個應(yīng)用對象通過一個端點連接到 ZigBee 堆棧的余下部分，它們都是器件中可尋址的組件。 圖 11 zigbe 堆?？蚣? 從應(yīng)用角度看，通信的本質(zhì)就是端點到端點的連接 (例如，一個帶開關(guān)組件的設(shè)備與帶一個或多個燈組件的遠端設(shè)備進行通信，目的是將這些燈點亮 )。 端點之間的通信是通過稱之為簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。這些簇是應(yīng)用對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 112就是設(shè)備及其接口的一個例子： 圖 112 每個接口都能接收 (用于輸入 )或發(fā)送 (用于輸出 )簇格式的數(shù)據(jù)。一共有二個特殊的端點，即端點 0和端點 255。端點 0用于整個 ZigBee設(shè)備的配置和管理。應(yīng)用程序可以通過端點 0與 ZigBee堆棧的其它層通信，從而實現(xiàn)對這些層的初始化和配置。附屬在端點 0的對象被稱為 ZigBee設(shè)備對象 (ZD0)。端點 255 用于向所有端點的廣播。端點 241 到 254 是保留端點。 所有端點都使用應(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 負責設(shè)備到設(shè)備的通信，并負責網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備初始化所包含的活動、消息路由和網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層可以通過 ZigBee 設(shè)備對象 (ZD0)對網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進行配置和訪問。 MAC 層 IEEE 標準為低速率無線個人域網(wǎng) (LRWPAN)定義了 OSI 模型開始的兩層。 PHY 層定義了無線射頻應(yīng)該具備的特征，它支持二種不同的射頻信號，分別 位于 2450MHz波段和 868/915MHz波段。 2450MHz 波段射頻可以提供 250kbps 的數(shù)據(jù)速率和 16 個不同的信道。 868 /915MHz 波段中， 868MHz 支持 1個數(shù)據(jù)速率為 20kbps 的信道， 915MHz 支持 10 個數(shù)據(jù)速率為 40kbps 的信道。 MAC 層負責相鄰設(shè)備間的單跳數(shù)據(jù)通信。它負責建立與網(wǎng)絡(luò)的同步，支持關(guān)聯(lián)和去關(guān)聯(lián)以及 MAC層安全：它能提供二個設(shè)備之間的可靠鏈接。 關(guān)于服務(wù)接入點 ZigBee 堆棧的不同層與 MAC 通過服務(wù)接入點 (SAP)進行通信。 SAP 是某一 特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。 ZigBee 堆棧的大多數(shù)層有兩個接口：數(shù)據(jù)實體接口和管理實體接口。數(shù)據(jù)實體接口的目標是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)。管理實體接口的目標是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機制。 ZigBee的安全性 安全機制由安全服務(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，為了降低存儲要求，它們可以分享安全鑰匙。 SSP 是通過 ZD0 進行初始化和配 置的，要求實現(xiàn)高級加密標準 (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。 ZigBee堆棧容量和 ZigBee設(shè)備 根據(jù) ZigBee 堆棧規(guī)定的所有功能和支持，我們很容易推測 ZigBee 堆棧實現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲器資源。 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)，同時還能設(shè)計信任中心和執(zhí)行其它活動。一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)只允許 有一個 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 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)到達其它需要與其通信的設(shè)備。它的存儲器容量要求最少。然而需要特別注意的是，網(wǎng)絡(luò)的特定架構(gòu)會戲劇性地影響設(shè)備所需的資源。 NWK 支持的網(wǎng)絡(luò)拓撲有星型、樹型和網(wǎng)格型。在這幾種網(wǎng)絡(luò)拓撲中，星型網(wǎng)絡(luò)對資源的要求最低。 ZigBee 堆棧應(yīng)該可以提供 ZigBee 規(guī) 范要求的所有功能，因此制造商的重點工作是開發(fā)實際的應(yīng)用。為了更加容易實現(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。 ZigBee 協(xié)議棧體系包含一系列的層元件，其中有 2020 標準中的 MAC 層和 PHY 層，當然也包括 ZigBee 組織設(shè)計的 NWK 層。每個層的元件有其特定的服務(wù)功能。本說明描述內(nèi)容涉及 ZigBee協(xié)議棧的各層元件，但側(cè)重于描述最具實際和理論探討性的 APL應(yīng)用層和 NWK網(wǎng)絡(luò)層。圖 11為 ZigBee 棧結(jié)構(gòu)框圖。 如圖 21 所示， ZigBee 應(yīng)用層由三個部分組成， APS 子層、 ZDO（包含 ZDO 管理平臺）和制造商定義的應(yīng)用對象。 圖 21 zigbee 協(xié)議堆棧分層結(jié)構(gòu) ZigBee 中的應(yīng)用框 架是為駐扎在 ZigBee 設(shè)備中的應(yīng)用對象提供活動的環(huán)境。 最多可以定義 240 個相對獨立的應(yīng)用程序?qū)ο螅胰魏我粋€對象的端點編號都是從 1到 240。此外還有兩個附加的終端節(jié)點，為了 APSDESAP 的使用：端點號 0 固定用于 ZDO 數(shù)據(jù)接口；另外一個端點 255 固定用于所有應(yīng)用對象廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口功能。端點 241254 保留（留給未來擴展使用）。 應(yīng)用 Profiles 應(yīng)用 profiles 是一組統(tǒng)一的消息，消息格式和處理方法，允許開發(fā)者建立一個可以共同使用的分布式應(yīng)用程序，這些應(yīng)用是利用駐扎在獨立設(shè)備 中的應(yīng)用實體來實現(xiàn)的。這些應(yīng)用 profiles 允許應(yīng)用程序發(fā)送命令、請求數(shù)據(jù)和處理命令的請求。 簇 簇標識符可用來區(qū)分不同的簇，簇標識符聯(lián)系著從設(shè)備流出和向設(shè)備流入的數(shù)據(jù)。在特殊的應(yīng)用profiles 范圍內(nèi)，簇標識符是唯一的。 ZigBee 設(shè)備對象 ZigBee 設(shè)備對象（ ZDO），描述了一個基本的功能函數(shù)，這個功能在應(yīng)用對象、設(shè)備 profile 和 APS之間提