【正文】 如果該程序己經(jīng)在其他任意設(shè)備上被運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)層。 (2)允許設(shè)備 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的過程由 原語開始。PAN 狀態(tài)通過 原語傳回網(wǎng)絡(luò)層。如果該網(wǎng)絡(luò)地址被選定，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體發(fā)送 原語給 MAC 層以設(shè)定網(wǎng)絡(luò)幀格式。一旦網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體做出選擇，它就要通過發(fā)送 原語把 MAC 層的 macPANID 屬性設(shè)置為該值。如果存在并且沒有與現(xiàn)有的 PANID 沖突，這個值就成為新網(wǎng)絡(luò)的PANID。如果發(fā)現(xiàn)了合適的信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體就要為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個 PAN 標(biāo)識符。為了選取建立新網(wǎng)絡(luò)的最佳信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體需要尋找現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最少的第一個信道。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體根據(jù)能量檢測來對這些信道進(jìn)行排序，并忽略一些能量值低于某一可接受水平的信道。信道掃描通過發(fā)送 原語到 MAC 層，將 ScanType 參數(shù)設(shè)置為能量掃描。這一過程通過發(fā)送 原語，并設(shè)置其狀態(tài)參數(shù)為 來實(shí)現(xiàn)。只有那些可以成為 ZigBee 協(xié)調(diào)器并且當(dāng)前沒有加入任何網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備才能建立新網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體生成協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，并通過數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)(NLDESAP)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)提供了兩個必須的功能服務(wù)實(shí)體，它們分別為管理服務(wù)實(shí)體和數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體。Indication：指示原語，本層發(fā)給上層，用來指示本層的某一內(nèi)部事件。圖 服務(wù)原語Request：請求原語，用于上層向本層請求指定的服務(wù)。這樣就做到了數(shù)據(jù)層與層之間的透明傳輸。SAP 是層與層之間的唯一接口，而具體的服務(wù)是以通信原語的形式供層與層之間調(diào)用。 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)ZigBee 協(xié)議是分層的通信協(xié)議，層與層之間是通過服務(wù)接入點(diǎn) SAP 相連接的。公共層面由 ZigBee 聯(lián)盟管理，私立層面由 ZigBee 產(chǎn)品賣主定義，進(jìn)行使用的限制。例如，家庭燈光配置文件方便了一家制造商生產(chǎn)的無線開關(guān)去控制另一家制造商生產(chǎn)的照明設(shè)備。4．ZigBee 配置文件ZigBee 配置文件，也稱為層面，是不同設(shè)備上應(yīng)用之間信息處理的協(xié)定，是應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域接口所需要的設(shè)備描述。服務(wù)發(fā)現(xiàn)是每個節(jié)點(diǎn)找出服務(wù)適合什么應(yīng)用的過程。(如果設(shè)備是協(xié)調(diào)器或路由器的子節(jié)點(diǎn)，設(shè)備就會關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)器或路由器。終端設(shè)備響應(yīng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)查詢后，根據(jù)請求發(fā)送自己的 IEEE 地址或網(wǎng)絡(luò)地址。具體來說，ZDO 負(fù)責(zé)開啟應(yīng)用支持子層和網(wǎng)絡(luò)層；定義設(shè)備的工作模式，如：協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備；發(fā)現(xiàn)設(shè)備和確定設(shè)備提供什么應(yīng)用服務(wù)；發(fā)起和響應(yīng)綁定請求；安全管理。241 號—254 號端點(diǎn)預(yù)留作未來使用。每個應(yīng)用對象通過相應(yīng)的端點(diǎn)尋址，端點(diǎn)號范圍從 1 號到 240 號。應(yīng)用對象可以是燈泡、燈開關(guān)、LED、I/O 線等。應(yīng)用對象處于應(yīng)用層的頂部，由設(shè)備制造商所決定。2．應(yīng)用框架應(yīng)用框架是應(yīng)用對象發(fā)包和收包的執(zhí)行環(huán)境。綁定表能把源地址和源端點(diǎn)映射到一個或多個目標(biāo)地址和目標(biāo)端點(diǎn)。需求水平和服務(wù)水平接口的關(guān)鍵是設(shè)備的綁定。ZigBee 應(yīng)用層除了提供一些必要的函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能就是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。應(yīng)用支持層的功能包括維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送信息。有的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中也定義了數(shù)據(jù)幀和網(wǎng)絡(luò)層命令幀。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)( 幀結(jié)構(gòu) )的基本組成部分是：網(wǎng)絡(luò)層幀報頭，包含幀控制、地址和序列信息；網(wǎng)絡(luò)層幀的可變長有效載荷，包含幀類型所指定的信息。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供如下服務(wù)：生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)；指定拓?fù)鋫鬏斅酚伞＞W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體為數(shù)據(jù)提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，允許應(yīng)用與協(xié)議棧相互作用。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作，并且網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成對網(wǎng)絡(luò)信息庫的維護(hù)和管理。為了向應(yīng)用層提供接口，網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個功能服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體，如圖 所示。幀控制域指明了 MAC 幀的類型、地址域的格式以及是否需要接收方確認(rèn)等控制信息；幀序號域包含了發(fā)送方對幀的順序編號，用于匹配確認(rèn)幀，實(shí)現(xiàn) MAC 子層的可靠傳輸；地址域采用的尋址方式可以是 64 位的 IEEE MAC 地址或者 8 位的ZigBee 網(wǎng)絡(luò)地址。MAC 子層數(shù)據(jù)包由 MAC 子層幀頭(MHR， MAC Header)、MAC 子層載荷和 MAC 子層幀尾(MFR，MAC Footer)組成。從圖 可以看出，在MAC 層兩個不同服務(wù)的接入點(diǎn)提供了兩個不同的 MAC 層服務(wù)：MAC 層通過它的公共部分子層服務(wù)接入點(diǎn)為它提供數(shù)據(jù)服務(wù)；MAC 層通過它的管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)為它提供管理服務(wù)。MAC 子層處理所有物理層無線信道的接入，其主要工作有：? 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀；? 支持個域網(wǎng)(PAN)關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；? 為設(shè)備的安全提供支持；? 與網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同步；? 信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入—沖突避免(CSMA/CA)機(jī)制? 處理和維護(hù)保護(hù)時隙(GTS)機(jī)制；? 在兩個對等的 MAC 實(shí)體之間提供一個可靠的通信鏈路。 IEEE MAC 子層實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和斷開。表３．２物理層數(shù)據(jù)包格式4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量前同步碼 幀定界符 真長度（7 位） 預(yù)留位（1 位） ＰＳＤＵ同步包頭 物理層包頭 物理層凈荷 IEEE 媒介接入控制層(MAC)在 IEEE 802 系列中，OSI 參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層又被分力 MAC 和 LLC 兩個子層。同步包頭由前同步碼(前導(dǎo)碼)和數(shù)據(jù)包(幀)定界符組成，用于獲取符號同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步，也有助于粗略的頻率調(diào)整；物理層包頭指示載荷部分的長度，物理層載荷部分含有 MAC 層數(shù)據(jù)包，載荷部分的最大長度是 127 字節(jié)。數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)物理層實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)物理層個體網(wǎng)絡(luò)基本信息無線射頻服務(wù)接入點(diǎn)物理層物理層管理實(shí)體圖 物理層結(jié)構(gòu)模型表 給出了物理層數(shù)據(jù)包的格式。從圖 可以看到，在物理層中存在數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)和物理層管理實(shí)體服務(wù)的接入點(diǎn)。在 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kbps，采用的是 16 相位正交調(diào)制技術(shù) (OQPSK)；在915MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 40kbps，采用的是帶有二進(jìn)制移耜鍵控(BPSK)的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)；在 868MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 20kbps，采用的是帶有二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)。PHY 數(shù)據(jù)服務(wù)：在物理無線信道上接收和發(fā)送 PHY 協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDUs) ，物理層負(fù)責(zé)下面的任務(wù)：? 無線收發(fā)信機(jī)的激活和去激活；? 在當(dāng)前信道上的能量監(jiān)測(ED)；鏈路質(zhì)量指示(LQI) ，用在接收的數(shù)據(jù)上；? 清除信道估計(CCA)算法用在 CSMA/CA 技術(shù)中；? 信道頻率選擇；? 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。868MHz 上的傳輸速率為 20kbps，916MHz 上的傳輸速率則是40kbps。 的物理層通過采用 16 相調(diào)制技術(shù)，能夠提供 250kbps 的傳輸速率，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐率，縮短了通信時延和數(shù)據(jù)收發(fā)的時間，所以更加省電。兩個物理層都基于直接序列擴(kuò)頻(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式。圖 Zigbee 協(xié)議結(jié)構(gòu)體系 物理層(PHY)ZigBee 的物理層規(guī)范了通信頻率，ZigBee 所使用的頻率范闌分別為 和868/915MHz。應(yīng)用層包含在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，賦予節(jié)點(diǎn)自己的功能。此外也負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)幀的裝配以及接收到的數(shù)據(jù)幀的解析。物理層與物理傳輸媒介(這里主要指無線電波)相關(guān)，負(fù)責(zé)物理媒介與數(shù)據(jù)比特的相互轉(zhuǎn)化，以及數(shù)據(jù)比特與上層(數(shù)據(jù)鏈路層)數(shù)據(jù)幀的相互轉(zhuǎn)化。ZigBee 協(xié)議比較緊湊、簡單，從總體框架來看，可以分為三個基本層次：物理層（PHY）／介質(zhì)接入控制層（MAC） 、ZigBee 堆棧層和應(yīng)用層。具有幾十個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)將很快耗盡已不夠用的 IPv4 地址空間。最低需求估計為：硬件需要 8 位處理器，如 8051；軟件需要 32KB 的 ROM，最小軟件需要 4KB 的 ROM，如 CC2430 芯片具有 8051 內(nèi)核的、內(nèi)存從 32KB 到 128KB的 ZigBee 無線單片機(jī)；網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)需要更多的 RAM 以容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表以及與安全有關(guān)的密鑰存儲器。因此， IPv6 與 IEEE 結(jié)合是傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。ZigBee 聯(lián)盟希望建立一種可以連接每個電子設(shè)備的無線網(wǎng)，它預(yù)言 ZigBee 將很快成為全球高端的無線技術(shù)，2022 年 ZigBee 節(jié)點(diǎn)達(dá)到 30 億個。相對于常見的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee 協(xié)議套件緊湊而簡單，具體實(shí)現(xiàn)要求很低。ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計。它雖然是基于標(biāo)準(zhǔn)的 7 層開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI) ，但僅對涉及 ZigBee 的層予以定義。每個服務(wù)實(shí)體通過一個服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個 SAP 提供了一系列的基本服務(wù)指令來完成相應(yīng)的功能。數(shù)據(jù) 圖像系統(tǒng)資源 16MB+ 1MB+ 250KB+ 4KB32KB電池壽命 1 至 7 至 5 1 至 7 100 至 1000+網(wǎng)絡(luò)大小 1 32 7 255/65，000帶寬（KB/S） 64128+ 11，000+ 720 20250傳輸距離（米） 1，000+ 1100 110+ 1100+成功尺度 覆蓋面大，質(zhì)量 速度、靈活性 價格便宜 可靠、低功耗 方便 價格便宜 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成。如表 所示短距離無線通信的比較：表 幾種常用無線傳輸方式的主要性能比較市場名 GPRS/GSM Wifi Bletooth Zigbee標(biāo)準(zhǔn) 1xRTT/CDMA 應(yīng)用重點(diǎn) 廣闊范圍 Web,Email, 電纜替代品 監(jiān)測amp。節(jié)點(diǎn)可以包括儀器和家庭自動化應(yīng)用設(shè)備。它同樣使用 波段，采用跳頻技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)。主要的協(xié)議有 WCDMA、CDMA202TDSCDMA，工作在 2GHz 頻段附近，速率最高達(dá) 2Mbp。這些特點(diǎn)限制了它在工業(yè)場合的推廣和應(yīng)用。WiFi 規(guī)定了協(xié)議的物理（PHY）層和媒體接入控制（MAC）層，并依賴 TCP/IP 作為網(wǎng)絡(luò)層。IEEE 流行的幾個版本包括“a”（在 波段帶寬為 54MBps） 、“b”（波段 帶寬為 11MBps） 、 “g”（波段 帶寬為 22MBps） 。主要目的是提供 WLAN 接入，也是目前 WLAN 的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其工作頻率也是 。 （二）WiFiWiFi（Wireless Fidelity，無線高保真）也是一種無線通信協(xié)議。為對語音和特定網(wǎng)絡(luò)提供支持，需要協(xié)議棧提供 250kB 系統(tǒng)開銷，從而增加了系統(tǒng)成本和集成復(fù)雜性。它的工作頻率為 ，有效范圍大約在10m 半徑內(nèi)。 （一）藍(lán)牙（BlueTooth）最早是愛立信在 1994 年開始研究的一種能使手機(jī)與其附件（如耳機(jī)）之間互相通信的無線模塊。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以具有成千上萬的節(jié)點(diǎn)，如果不能嚴(yán)格地控制節(jié)點(diǎn)的成本，那么網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模必將受到嚴(yán)重的制約，從而將嚴(yán)重地制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能。(8)實(shí)現(xiàn)成本低。第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移中采用屬于高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)的對稱密碼。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來防止非法器件獲取數(shù)據(jù)。ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。ZigBee 技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，無論是節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，或者節(jié)點(diǎn)被敵人俘獲，都能使節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)的使用者也希望能在需要的時候向已有的網(wǎng)絡(luò)中加入新的傳感器節(jié)點(diǎn)。如果通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過 65000 個 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上各個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可互相連接，整個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀。ZigBee 定義了兩種器件：全功能器件(FFD) 和簡化功能器件(RFD)。(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。若沒有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時，立刻傳送。對于典型應(yīng)用，堿性電池可以使用數(shù)年，對于某些工作時間和總時間(工作時間+休眠時間) 之比小 1%的情況，電池的壽命甚至可以超過 10 年。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee 設(shè)備非常省電，ZigBee 節(jié)點(diǎn)的電池工作時間可以長達(dá) 6 個月到 2 年左右。其次在非工作模式時 ZigBee 節(jié)點(diǎn)處于休眠模式，耗電量僅僅只有 1uW。(2)功耗低。只有 10kbps250kbps,專注于低傳輸速率應(yīng)用。 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)ZigBee 技