【正文】 Zigbee 協(xié)議棧中文說明 ZigBee 堆棧架構 ZigBee堆棧是在 IEEE 標準基礎上建立的，定義了協(xié)議的 MAC 和 PHY層。ZigBee 設備應該包括 (該標準定義了 RF 射頻以及與相鄰設備之間的通信 )的PHY 和 MAC 層，以及 ZigBee 堆棧層：網(wǎng)絡層 (NWK)、應用層和安全服務提供層。圖 11給出了這些組件的概況。 堆棧層 每個 ZigBee 設備都與一個特定模板有關，可能是 公共模板或私有模板。這些模板定義了設備的應用環(huán)境、設備類型以及用于設備間通信的簇。公共模板可以確保不同供應商的設備在相同應用領域中的互操作性。 設備是由模板定義的，并以應用對象 (Application Objects)的形式實現(xiàn) (見圖 11)。每個應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? 從應用角度看，通信的本質就是端點到端點的連接 (例如，一個帶開關組件的設備與帶一個或多個燈組件的遠端設備進行通信，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)結構實現(xiàn)的。這些簇是應用對象之間共享信息所需 的全部屬性的容器，在特殊應用中使用的簇在模板中有定義。圖 112就是設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設備的配置和管理。應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。 所有端點都使用應用支持子層 (APS)提供的服務。 APS 通過網(wǎng)絡層和安全服務提供層與端點相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供 服務，因此能夠適配不同但兼容的設備，比如帶燈的開關。 APS 使用網(wǎng)絡層 (NWK)提供的服務。 NWK 負責設備到設備的通信，并負責網(wǎng)絡中設備初始化所包含的活動、消息路由和網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)。應用層可以通過 ZigBee 設備對象 (ZD0)對網(wǎng)絡層參數(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 層負責相鄰設備間的單跳數(shù)據(jù)通信。它負責建立與網(wǎng)絡的同步，支持關聯(lián)和去關聯(lián)以及 MAC 層安全：它能提供二個設備之間的可靠鏈接。 關于服務接入點 ZigBee 堆棧的不同層與 MAC 通過服務接入點 (SAP)進行通信。 SAP 是某一特定層提供的服務與上層之間的接口。 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。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，這意味著模板應該定義某一特定網(wǎng)絡中應該實現(xiàn)何種類型的安全。 每一層 (MAC、網(wǎng)絡或應用層 )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)絡中分配安全鑰匙的一種令人信任的設備。 ZigBee 堆棧容量和 ZigBee 設備 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備，每種都有自己的功能要求： ZigBee 協(xié)調器是啟動和配置網(wǎng)絡的一種設備。協(xié)調器可以保持間接尋址用的綁定表格，支持關聯(lián)，同時還能設計信任中心和執(zhí)行其它活動。一個 ZigBee網(wǎng)絡只允許有一個ZigBee 協(xié)調器。 ZigBee路由器是一種支持關聯(lián)的設備，能夠將消息轉發(fā)到其它設備。 ZigBee網(wǎng)格或樹型網(wǎng)絡可以有多個 ZigBee 路由器。 ZigBee 星型網(wǎng)絡不支持 ZigBee 路由器。 ZigBee 端終設備可以執(zhí)行它的相關功能，并使用 ZigBee 網(wǎng)絡到達其它需要與其通信的設備。它的存儲器容量要求最少。然而需要特別注意的是，網(wǎng)絡的特定架構會戲劇性地影響設備所需的資源。 NWK支持的網(wǎng)絡拓撲有星型、樹型和網(wǎng)格型。在這幾種網(wǎng)絡拓撲中，星型網(wǎng)絡對資源的要求最低。 ZigBee堆棧應該可以提供 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 組織設計 的 NWK層。每個層的元件有其特定的 服務功能。本說明 描述內(nèi)容涉及 ZigBee 協(xié)議棧的各層元件，但側重于 描述 最具實際和理論探討性的APL 應用 層 和 NWK 網(wǎng)絡層 。圖 11 為 ZigBee 棧結構框圖 。 應用層介紹 應用 層 簡介 如圖 21 所示， ZigBee 應用層由三個部分組成， APS 子層、 ZDO（包含 ZDO 管理平臺）和制造商定義的應用對象。 圖 21 zigbee 協(xié)議堆棧分層結構 應用層框架 ZigBee 中的應用框架是為駐扎在 ZigBee 設備中的應用對象提供活動的環(huán)境。 最多可以定義 240 個相對獨立的應用程序對象， 且 任何一個對象的端點編號 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）。 應用 Profiles 應用 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 應用 程序，這些應用是利 用駐扎在獨立設備中的應用實體 來實現(xiàn)的 。這些應用 profiles 允許應用程序發(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)系著從設備流出 和向設備流入 的數(shù)據(jù) 。在特殊的應用 profiles 范圍內(nèi)，簇標識符是唯一的。 設備對象 ZigBee設備對象（ ZDO），描述了一個 基本的 功能 函數(shù)，這個功能在應用對象 、設備 profile和 APS之間 提供 了一個 接口。 ZDO位于應用框架和應用支持子層之間。它滿足所有在 ZigBee協(xié)議棧中應用操作的一般 需要。 此外 ZDO 還有 以下 作用 ： （ 1） 初始化應用支持子層（ APS），網(wǎng)絡層（ NWK），安全服務規(guī)范（ SSS）。 （ 2） 從 終端應用集合 中 配置 的 信息來確定和執(zhí)行安全管理、 發(fā)現(xiàn)、 網(wǎng)絡管理 、 以及綁定管理。 ZDO 描述了應用框架層 中 應用對象的公用接口以 及 控制設備和應用對象的網(wǎng)絡功能。在 終端節(jié)點 0, ZDO 提供了與協(xié)議棧中 與 低一層 連接 的接口，如果 是 數(shù)據(jù) 則 通過APSDESAP，如果是控制信息則通過 APSMESAP。 ＺＤＯ的具體描述在 節(jié)。 設備發(fā)現(xiàn) 設備發(fā)現(xiàn)是 ZigBee 設備為什么能發(fā)現(xiàn)其他設備的過程。這有 兩種形式的設備發(fā)現(xiàn)請求：IEEE 地址請求和網(wǎng)絡地址請求。 IEEE 地址請求是單播到一個特殊的設備且假定網(wǎng)絡地址已經(jīng)知道。網(wǎng)絡地址請求是廣播且攜帶一個已知的 IEEE 地址作為負載。 服務 發(fā)現(xiàn) 服務 發(fā)現(xiàn)是為什么一個已知 設備被其他設備發(fā)現(xiàn)的能力 的過程。服務發(fā)現(xiàn)通過 在一個已知設備的每一個端點發(fā)送詢問或通過使用一個匹配服務 （廣播或者單播）。服務發(fā)現(xiàn)方便定義和使用各種描述來概述一個設備的能力。 服務發(fā)現(xiàn) 信息在網(wǎng)絡中也許被隱藏， 在這種情況下，設備提供的特殊服務便可能不在 操作發(fā)生的時候 到達 。 ZigBee 應用支持子層 APS APS 提供了這樣的接口：在 NWK層和 APL 層之間，從 ZDO 到供應商的應用對象的通用服務集。這服務由兩個實體實現(xiàn)： APS數(shù)據(jù)實體（ APSDE）和 APS管理實體（ APSME）。 (1)APSDE 提供在同一個網(wǎng)絡中的兩個或者更多的應用實體之間的數(shù)據(jù)通 信。通過APSDE 服務接入點 (APSDESAP)； （ 2） APSME 提供多種服務給應用對象，這些服務包含安全服務和綁定設備，并維護管理對象的數(shù)據(jù)庫，也