zigbee是什么_zigbee協(xié)議架構(gòu)是什么

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Router）、傳感器節(jié)點(diǎn)（EndDevice）等三種角色。

　　與此同時(shí)，ZigBee作為一種短距離無線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷的為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

　　簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

　　根據(jù)應(yīng)用和市場需要定義了ZigBee 協(xié)議的分層架構(gòu)，其協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中物理層（physical layer，PHY）和媒介訪問控制層（medium access control sub-layer，MAC）是由IEEE802.15.4-2003 標(biāo)準(zhǔn)定義的，在這個(gè)底層協(xié)議的基礎(chǔ)上ZigBee 聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層（network layer，PHY）和應(yīng)用層（applicaTIon layer，APL）架構(gòu)。

　　物理層定義了它與MAC 層之間的兩個(gè)接口：數(shù)據(jù)服務(wù)接口PD-SAP 和管理服務(wù)接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口還為物理層提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，負(fù)責(zé)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，而PLME-SAP 接口同時(shí)為物理層提供相應(yīng)的管理服務(wù)，用于維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送和接收、空閑信道評估（clear channel assessment，CCA）信道能量的監(jiān)測（energy detect，ED）和鏈接質(zhì)量指示（link quality indicaTIon，LQI）等。物理層幀結(jié)構(gòu)由同步頭、物理層幀頭和物理層有效載荷三部分組成，如表1 所示。

　　同步頭又包括32bit 的前同步碼和8bit 的幀定界符，前同步碼用來為數(shù)據(jù)收發(fā)提供碼元或數(shù)據(jù)符號的同步；幀界定符用來標(biāo)識同步域的結(jié)束及數(shù)據(jù)的開始。物理層幀頭包括7bit 的幀長度和1bit 的預(yù)留位，幀長度定義了物理層凈荷的字節(jié)數(shù)。物理層有效載荷就是MAC層的幀內(nèi)容。

　　MAC 層定義了它與網(wǎng)絡(luò)層之間的接口，包括提供給網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口MLDE-SAP 和管理服務(wù)接口MLME-SAP，同時(shí)提供了MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC 層管理服務(wù)。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳輸；MAC 層管理服務(wù)主要負(fù)責(zé)媒介訪問控制、差錯控制等。

　　MAC 層主要功能包括以下幾個(gè)方面： （1）ZigBee 協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo) （2）設(shè)備與信標(biāo)同步

　?。?）支持節(jié)點(diǎn)加入或著退出操作

　?。?）信道接入方式采用免沖突載波檢測多路訪問（CSMA-CA）機(jī)制 （5）建立并維護(hù)保護(hù)時(shí)隙機(jī)制 （6）為設(shè)備提供安全支持

　　MAC 幀格式由三個(gè)基本部分組成：MAC 幀頭、MAC 幀載荷和MAC 幀尾。不同類型 的MAC 幀，其幀頭和幀尾都是一樣的，只是MAC 幀載荷有差別，通用MAC 幀格式如表2所示。

　　網(wǎng)絡(luò)層定義了它與應(yīng)用層之間的接口，包括提供給應(yīng)用層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口

　　NLDE-SAP和管理服務(wù)接口NLME-SAP ， 同時(shí)提供了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，具體的功能如下： （1）初始化網(wǎng)絡(luò)，即建立一個(gè)新的包含協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò) （2）設(shè)備連接和斷開時(shí)所采用的機(jī)制

　　（3）對一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息的存儲

　?。?）ZigBee 協(xié)調(diào)器和路由器為新加入節(jié)點(diǎn)分配短地址

　?。?）確保MAC層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口 網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)層幀頭（Network header，NHR）和網(wǎng)絡(luò)層載荷（Network payload，NPL）兩部分，其中網(wǎng)絡(luò)層幀頭域由幀控制域、目的設(shè)備地址、源設(shè)備地址、廣播半徑和廣播序列號 等部分組成，通用網(wǎng)絡(luò)幀的結(jié)構(gòu)如表3所示。

　　ZigBee 應(yīng)用層是協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的最高層，由應(yīng)用層支持子層（APS）、ZigBee 設(shè)備對象（ZDO）、ZigBee 應(yīng)用框架（AF）三部分組成。應(yīng)用支持子層（APS）定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口，其中一個(gè)接口是被ZDO 和制造商定義的應(yīng)用對象使用的數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)訪問接口APSDE-SAP，另一個(gè)是管理服務(wù)訪問接口APSME-SAP。APS 的主要作用是維護(hù)綁定表，在綁定的設(shè)備之間傳遞信息。ZDO位于應(yīng)用層框架（AF）和應(yīng)用支持子層（APS）之間，滿足協(xié)議中所有應(yīng)用操作的公共需求。ZDO 的作用包括：設(shè)備發(fā)現(xiàn)并能提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)；定義一個(gè)設(shè)備的類型，如定義設(shè)備為ZigBee 協(xié)調(diào)器或者為ZigBee 終端設(shè)備；能夠按照綁定請求構(gòu)造并存儲綁定表，實(shí)現(xiàn)綁定管理。ZigBee 應(yīng)用框架（AF）是應(yīng)用對象駐留的環(huán)境，最多可有240 個(gè)應(yīng)用對象端點(diǎn)，應(yīng)用對象通過APSDE-SAP 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)通過ZDO 公用接口來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對象的管理。

　　當(dāng)ZigBee 協(xié)議棧運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)幀是這樣被處理的：當(dāng)設(shè)備發(fā)起通訊時(shí)，數(shù)據(jù)是自上而下的傳遞，依次經(jīng)過應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、MAC 層、物理層，當(dāng)經(jīng)過物理層處理后，通過硬件的無線模塊調(diào)制發(fā)送出去。接收時(shí)，先通過無線模塊把收到的信息解調(diào)出來，然后按照物理層、MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層依次往上傳遞并對信息幀進(jìn)行分解。