【正文】 們 之 間可 以 進(jìn) 行 相 互 通 信 ； 每 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 節(jié) 點(diǎn) 間 的 距 離 可 以 從 標(biāo) 準(zhǔn) 的 75米 ， 到 擴(kuò) 展 后 的 幾百 米 ， 甚 至 幾 公 里 ； 另 外 整 個(gè) ZigBee網(wǎng) 絡(luò) 還 可 以 與 現(xiàn) 有 的 其 它 的 各 種 網(wǎng) 絡(luò) 連 接 。通 常 ， 符 合 如 下 條 件 之 一 的 應(yīng) 用 ， 就 可 以 考 慮 采 用 ZigBee技 術(shù) 做 無(wú) 線 傳 輸 ： 需要 數(shù) 據(jù) 采 集 或 監(jiān) 控 的 網(wǎng) 點(diǎn) 多 ； 要 求 傳 輸 的 數(shù) 據(jù) 量 不 大 ， 而 要 求 設(shè) 備 成 本 低 ； 要 求數(shù) 據(jù) 傳 輸 可 性 高 ， 安 全 性 高 ； 設(shè) 備 體 積 很 小 ， 不 便 放 置 較 大 的 充 電 電 池 或 者 電源 模 塊 ； 電 池 供 電 ； 地 形 復(fù) 雜 ， 監(jiān) 測(cè) 點(diǎn) 多 ， 需 要 較 大 的 網(wǎng) 絡(luò) 覆 蓋 ； 現(xiàn) 有 移 動(dòng) 網(wǎng) 絡(luò)的 覆 蓋 盲 區(qū) ； 使 用 現(xiàn) 存 移 動(dòng) 網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 低 數(shù) 據(jù) 量 傳 輸 的 遙 測(cè) 遙 控 系 統(tǒng) ； 使 用 GPS效 果 差 ， 或 成 本 太 高 的 局 部 區(qū) 域 移 動(dòng) 目 標(biāo) 的 定 位 應(yīng) 用 。 值 得 注 意 的 是 ， 在 已 經(jīng) 發(fā)布 的 ZigBee 并 沒 有 規(guī) 定 具 體 的 路 由 協(xié) 議 ， 具 體 協(xié) 議 由 協(xié) 議 棧 實(shí) 現(xiàn) 。 ZigBee 協(xié)議架構(gòu) 總體架構(gòu) ZigBee 協(xié) 議 與 其 他 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 協(xié) 議 一 樣 采 用 了 分 層 模 型 ， 對(duì) 各 層 所 實(shí) 現(xiàn) 的 功 能和 在 整 個(gè) 協(xié) 議 中 所 起 的 作 用 做 出 了 明 確 的 劃 分 。 ZigBee 協(xié) 議 套 件 由 高 層 應(yīng) 用 規(guī)范 、 應(yīng) 用 會(huì) 聚 層 、 網(wǎng) 絡(luò) 層 、 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 和 物 理 層 組 成 ， 如 表 23 所 示 。表 23 ZigBee 協(xié) 議 架 構(gòu)西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文12Application Framework應(yīng) 用 層 （ AF）ApplicationSupport sublayer應(yīng) 用 支 持 層 (APS)Network Layer網(wǎng) 絡(luò) 層 （ NWK）Medium Access ControlLayer數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 （ MAC）Physical Layer物 理 層 （ PHY）其 中 物 理 層 PHY 定 義 ZigBee 設(shè) 備 的 工 作 頻 段 為 。 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層MAC 層 負(fù) 責(zé) 相 鄰 設(shè) 備 間 的 單 跳 數(shù) 據(jù) 通 信 。 SAP 是 為 某 一 特 定 層 提 供 的 服 務(wù) 與 上層 之 間 的 接 口 。 ZigBee 的 不 同 層 與 MAC 就 是 通 過(guò) 服 務(wù) 接 入 點(diǎn) (SAP)進(jìn) 行 連 接 。應(yīng) 用 層 AF 由 用 戶 開 發(fā) 提 供 功 能 服 務(wù) 函 數(shù) 。 安 全 服 務(wù) 提 供 層 提 供 信 息 安 全 加 鎖 服務(wù) 。 其 中 各 層 的 詳 細(xì) 介 紹 如 下 ： （ 1） 物 理 層 ： 遵 循 協(xié) 議 ， 是 協(xié) 議 的 最 底 層 ， 承 擔(dān) 著 與 外 界 直接 作 用 的 任 務(wù) ， 控 制 RF 收 發(fā) 器 工 作 ， 采 用 擴(kuò) 頻 通 信 。 （ 2） MAC 層 ： 遵 循 協(xié) 議 ， 負(fù) 責(zé) 設(shè) 備 間 無(wú) 線 數(shù) 據(jù) 鏈 路 的 建 立 、維 護(hù) 和 結(jié) 束 ， 確 認(rèn) 模 式 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 和 接 收 ， 可 選 時(shí) 隙 ， 實(shí) 現(xiàn) 低 延 遲 傳 輸 ， 支 持 各種 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 結(jié) 構(gòu) ， 網(wǎng) 絡(luò) 中 每 個(gè) 設(shè) 備 為 16 位 地 址 尋 址 。（ 3） 網(wǎng) 絡(luò) 層 ： 建 立 新 的 網(wǎng) 絡(luò) ， 處 理 節(jié) 點(diǎn) 的 進(jìn) 人 和 離 開 網(wǎng) 絡(luò) ， 根 據(jù) 網(wǎng) 絡(luò) 類 型設(shè) 置 節(jié) 點(diǎn) 的 協(xié) 議 堆 棧 ， 使 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 調(diào) 器 對(duì) 節(jié) 點(diǎn) 分 配 地 址 ， 保 證 節(jié) 點(diǎn) 之 間 的 同 步 ， 提供 網(wǎng) 絡(luò) 的 路 由 ， 保 證 數(shù) 據(jù) 的 完 整 性 ， 使 用 可 選 的 AES 對(duì) 通 信 加 密 。（ 4） 應(yīng) 用 層 ： 應(yīng) 用 支 持 層 維 持 器 件 的 功 能 屬 性 ， 發(fā) 現(xiàn) 該 器 件 工 作 空 間 中 其他 器 件 的 工 作 ， 根 據(jù) 服 務(wù) 和 需 求 使 多 個(gè) 器 件 之 間 進(jìn) 行 通 信 ， 根 據(jù) 具 體 應(yīng) 用 由 用 開發(fā) 。 物理層主要功能物 理 層 定 義 了 物 理 無(wú) 線 信 道 和 MAC 子 層 之 間 的 接 口 ， 提 供 物 理 層 數(shù) 據(jù) 服西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文13務(wù) 和 物 理 層 管 理 服 務(wù) 。 物 理 層 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 從 無(wú) 線 物 理 信 道 上 收 發(fā) 數(shù) 據(jù) ， 物 理 層 管 理服 務(wù) 維 護(hù) 一 個(gè) 由 物 理 層 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 組 成 的 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 。 物 理 層 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 包 括 以 下 五 方 面的 功 能 ：（ 1） 激 活 和 休 眠 射 頻 收 發(fā) 器 ；（ 2） 信 道 能 量 檢 測(cè) （ energy detect） ；（ 3） 檢 測(cè) 接 收 數(shù) 據(jù) 包 的 鏈 路 質(zhì) 量 指 示 （ link quality indication,LQI） ；（ 4） 空 閑 信 道 評(píng) 估 （ clear channel assessment,CCA） ；（ 5） 收 發(fā) 數(shù) 據(jù) 。信 道 能 量 檢 測(cè) 為 網(wǎng) 絡(luò) 層 提 供 信 道 選 擇 依 據(jù) 。 它 主 要 測(cè) 量 目 標(biāo) 信 道 中 接 收 信 號(hào)的 功 率 強(qiáng) 度 ， 由 于 這 個(gè) 檢 測(cè) 本 身 不 進(jìn) 行 解 碼 操 作 ， 所 以 檢 測(cè) 結(jié) 果 是 有 效 信 號(hào) 功 率和 噪 聲 信 號(hào) 功 率 之 和 。 鏈 路 質(zhì) 量 指 示 為 網(wǎng) 絡(luò) 層 或 應(yīng) 用 層 提 供 接 收 數(shù) 據(jù) 幀 時(shí) 無(wú) 線 信號(hào) 的 強(qiáng) 度 和 質(zhì) 量 信 息 ， 與 信 道 能 量 檢 測(cè) 不 同 的 是 ， 它 要 對(duì) 信 號(hào) 進(jìn) 行 解 碼 ， 生 成 的是 一 個(gè) 信 噪 比 指 標(biāo) 。 這 個(gè) 信 噪 比 指 標(biāo) 和 物 理 層 數(shù) 據(jù) 單 元 一 道 提 交 給 上 層 處 理 。 空閑 信 道 評(píng) 估 判 斷 信 道 是 否 空 閑 。 IEEE 定 義 了 三 種 空 閑 信 道 評(píng) 估 模 式 ：第 一 種 簡(jiǎn) 單 判 斷 信 道 的 信 號(hào) 能 量 ， 當(dāng) 信 號(hào) 能 量 低 于 某 一 門 限 值 就 認(rèn) 為 信 道 空 閑 ；第 二 種 是 通 過(guò) 判 斷 無(wú) 線 信 號(hào) 的 特 征 ， 這 個(gè) 特 征 主 要 包 括 兩 方 面 ， 即 擴(kuò) 頻 信 號(hào) 特 征和 載 波 頻 率 ； 第 三 種 模 式 是 前 兩 種 模 式 的 綜 合 ， 同 時(shí) 檢 測(cè) 信 號(hào) 強(qiáng) 度 和 信 號(hào) 特 征 ，給 出 信 道 空 閑 判 斷 。 MAC 層主要功能MAC 子 層 提 供 兩 種 服 務(wù) ： MAC 層 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 和 MAC 層 管 理 服 務(wù)（ MACsublayer management entity,MLME） 。 前 者 保 證 MAC 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 單 元 在 物理 層 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 的 正 確 收 發(fā) ， 后 者 維 護(hù) 一 個(gè) 存 儲(chǔ) MAC 子 層 協(xié) 議 狀 態(tài) 相 關(guān) 信 息的 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 。MAC 子 層 主 要 功 能 包 括 下 面 六 個(gè) 方 面 ：（ 1） 協(xié) 調(diào) 器 產(chǎn) 生 并 發(fā) 送 信 標(biāo) 幀 ， 普 通 設(shè) 備 根 據(jù) 協(xié) 調(diào) 器 的 信 標(biāo) 幀 與 協(xié) 議 器 同步 ；（ 2） 支 持 PAN 網(wǎng) 絡(luò) 的 關(guān) 聯(lián) （ association） 和 取 消 關(guān) 聯(lián) （ disassociation） 操作 ；（ 3） 支 持 無(wú) 線 信 道 通 信 安 全 ；（ 4） 使 用 CSMACA 機(jī) 制 訪 問 信 道 ；西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文14（ 5） 支 持 時(shí) 槽 保 障 （ guaranteed time slot,GTS） 機(jī) 制 ；（ 6） 支 持 不 同 設(shè) 備 的 MAC 層 間 可 靠 傳 輸 。 關(guān) 聯(lián) 操 作 是 指 一 個(gè) 設(shè) 備 在 加 入一 個(gè) 特 定 網(wǎng) 絡(luò) 時(shí) ， 向 協(xié) 調(diào) 器 注 冊(cè) 以 及 身 證 的 過(guò) 程 。 LRWPAN 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 設(shè) 備 有可 能 從 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 切 換 到 另 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) ， 這 時(shí) 就 需 要 進(jìn) 行 關(guān) 聯(lián) 和 取 消 關(guān) 聯(lián) 操 作 。 時(shí) 槽保 障 機(jī) 制 和 時(shí) 分 復(fù) 用 （ time division multiple access,TDMA） 機(jī) 制 相 似 ， 但 它 可以 動(dòng) 態(tài) 地 為 有 收 發(fā) 請(qǐng) 求 的 設(shè) 備 分 配 時(shí) 槽 。 使 用 時(shí) 槽 保 障 機(jī) 制 需 要 設(shè) 備 間 的 時(shí) 間 同步 ， IEEE 中 的 時(shí) 間 同 步 通 過(guò) 下 面 介 紹 的 “超 幀 ”機(jī) 制 實(shí) 現(xiàn) 。 網(wǎng)絡(luò)層主要功能網(wǎng) 絡(luò) 層 在 MAC 層 與 應(yīng) 用 層 之 間 提 供 合 適 的 接 口 ， 通 過(guò) 激 發(fā) MAC 層 的 動(dòng)作執(zhí) 行 尋 址 和 路 由 功 能 。 主 要 任 務(wù) 包 括 :（ 1） 發(fā) 起 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 并 且 分 配 網(wǎng) 絡(luò) 地 址 (網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 調(diào) 器 )。（ 2） 向 網(wǎng) 絡(luò) 中 添 加 設(shè) 備 或 者 從 網(wǎng) 絡(luò) 中 移 除 設(shè) 備 。（ 3） 將 消 息 路 由 到 目 的 節(jié) 點(diǎn) 。（ 4） 對(duì) 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 加 密 。（ 5） 在 網(wǎng) 狀 網(wǎng) 絡(luò) 中 執(zhí) 行 路 由 尋 址 并 且 儲(chǔ) 存 路 由 表 。 應(yīng)用層主要功能ZigBee 應(yīng) 用 層 包 含 應(yīng) 用 程 序 支 持 子 層 （ APS） 、 應(yīng) 用 程 序 架 構(gòu) （ AF） 、ZigBee裝 置 管 控 對(duì) 象 （ ZDO） 與 各 廠 商 定 義 的 應(yīng) 用 程 序 對(duì) 象 。 此 外 ， ZigBee 還 定 義 了應(yīng) 用 規(guī) 格 （ Application Profile） ， 它 針 對(duì) 各 種 不 同 的 應(yīng) 用 情 境 定 義 出 概 略 的 行 為藍(lán) 圖 ， 讓 特 定 應(yīng) 用 中 采 用 此 規(guī) 格 的 裝 置 之 間 能 夠 互 相 操 作 ， 例 如 只 要 家 庭 控 制 照明 （ Home Control Lighting， HCL） 的 應(yīng) 用 規(guī) 格 ， 不 同 廠 商 的 燈 光 開 關(guān) 也 能 用 來(lái)控 制 各 種 的 照 明 燈 具 。 ZigBee 堆棧　 　 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 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 。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文15　 　 設(shè) 備 是 由 模 板 定 義 的 ， 并 以 應(yīng) 用 對(duì) 象 (Application Objects)的 形 式 實(shí) 現(xiàn) 。 每個(gè) 應(yīng) 用 對(duì) 象 通 過(guò) 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(guò) 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 。 　 　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) 據(jù) 。 一 共 有 兩 個(gè) 特 殊的 端 點(diǎn) ， 即 端 點(diǎn) 0 和 端 點(diǎn) 255。 端 點(diǎn) 0 用 于 整 個(gè) ZigBee 設(shè) 備 的 配 置 和 管 理 。 應(yīng)用 程 序 可 以 通 過(guò) 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(guò) 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 通