zigbee協(xié)議棧中文說明(已修改)

　

【正文】 Zigbee 協(xié)議棧中文說明 ZigBee 堆棧架構(gòu) ZigBee堆棧是在 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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。 堆棧層 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。 設(shè)備是由模板定義的，并以應(yīng)用對象 (Application Objects)的形式實(shí)現(xiàn) (見圖 11)。每個(gè)應(yīng)用對象通過一個(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 圖 11 zigbe 堆棧框架 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(gè)例子： 圖 112 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)。一共有二個(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)用程序可以通過端點(diǎn)0 與 ZigBee 堆棧的其它層通信，從而實(shí)現(xiàn)對這些層的初始化和配置。附屬在端點(diǎn) 0的對象被稱為 ZigBee設(shè)備對象 (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)用層可以通過 ZigBee 設(shè)備對象 (ZD0)對網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進(jìn)行配置和訪問。 MAC 層 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)為低速率無線個(gè)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(gè)不同的信道。 868/915MHz波段中， 868MHz支持 1 個(gè)數(shù)據(jù)速率為 20kbps 的信道， 915MHz支持 10 個(gè)數(shù)據(jù)速率為 40kbps 的信道。 MAC 層負(fù)責(zé)相鄰設(shè)備間的單跳數(shù)據(jù)通信。它負(fù)責(zé)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(gè)設(shè)備之間的可靠鏈接。 關(guān)于服務(wù)接入點(diǎn) ZigBee 堆棧的不同層與 MAC 通過服務(wù)接入點(diǎn) (SAP)進(jìn)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(gè)接口：數(shù)據(jù)實(shí)體接口和管理實(shí)體接口。數(shù)據(jù)實(shí)體接口的目標(biāo)是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)。管理實(shí)體接口的目標(biāo)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(jī)制。 ZigBee 的安全性 安全機(jī)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(shí)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(hù)，為了降低存儲(chǔ)要求，它們可以分享安全鑰匙。SSP 是通過 ZD0進(jìn)行初始化和配置的，要求實(shí)現(xiàn)高級加密標(biāo)準(zhǔn) (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(shí)現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲(chǔ)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(dòng)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(shí)還能設(shè)計(jì)信任中心和執(zhí)行其它活動(dòng)。一個(gè) ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)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(gè) 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(dá)其它需要與其通信的設(shè)備。它的存儲(chǔ)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(huì)戲劇性地影響設(shè)備所需的資源。 NWK支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切汀湫秃途W(wǎng)格型。在這幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校切途W(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(diǎn)工作是開發(fā)實(shí)際的應(yīng)用。為了更加容易實(shí)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(biāo)準(zhǔn) 中的 MAC 層和 PHY 層，當(dāng)然也包括 ZigBee 組織設(shè)計(jì) 的 NWK層。每個(gè)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(shí)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 。 應(yīng)用層介紹 應(yīng)用 層 簡介 如圖 21 所示， ZigBee 應(yīng)用層由三個(gè)部分組成， APS 子層、 ZDO（包含 ZDO 管理平臺(tái)）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) 應(yīng)用層框架 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(dòng)的環(huán)境。 最多可以定義 240 個(gè)相對獨(dú)立的應(yīng)用程序?qū)ο螅?且 任何一個(gè)對象的端點(diǎn)編號 都是 從 1到 240。 此外 還有兩個(gè)附加的終端節(jié)點(diǎn) ， 為了 APSDESAP 的使用 ：端點(diǎn)號 0 固定用于 ZDO 數(shù)據(jù)接口；另外一個(gè)端點(diǎn) 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(diǎn) 241254 保留（留給未來 擴(kuò)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(gè)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(dú)立設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)體 來實(shí)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(biāo)識(shí)符可用來區(qū)分不同的簇，簇標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)符是唯一的。 設(shè)備對象 ZigBee設(shè)備對象（ ZDO），描述了一個(gè) 基本的 功能 函數(shù)，這個(gè)功能在應(yīng)用對象 、設(shè)備 profile和 APS之間 提供 了一個(gè) 接口。 ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間。它滿足所有在 ZigBee協(xié)議棧中應(yīng)用操作的一般 需要。 此外 ZDO 還有 以下 作用 ： （ 1） 初始化應(yīng)用支持子層（ APS），網(wǎng)絡(luò)層（ NWK），安全服務(wù)規(guī)范（ SSS）。 （ 2） 從 終端應(yīng)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(luò)管理 、 以及綁定管理。 ZDO 描述了應(yīng)用框架層 中 應(yīng)用對象的公用接口以 及 控制設(shè)備和應(yīng)用對象的網(wǎng)絡(luò)功能。在 終端節(jié)點(diǎn) 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(shè)備發(fā)現(xiàn) 設(shè)備發(fā)現(xiàn)是 ZigBee 設(shè)備為什么能發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備的過程。這有 兩種形式的設(shè)備發(fā)現(xiàn)請求：IEEE 地址請求和網(wǎng)絡(luò)地址請求。 IEEE 地址請求是單播到一個(gè)特殊的設(shè)備且假定網(wǎng)絡(luò)地址已經(jīng)知道。網(wǎng)絡(luò)地址請求是廣播且攜帶一個(gè)已知的 IEEE 地址作為負(fù)載。 服務(wù) 發(fā)現(xiàn) 服務(wù) 發(fā)現(xiàn)是為什么一個(gè)已知 設(shè)備被其他設(shè)備發(fā)現(xiàn)的能力 的過程。服務(wù)發(fā)現(xiàn)通過 在一個(gè)已知設(shè)備的每一個(gè)端點(diǎn)發(fā)送詢問或通過使用一個(gè)匹配服務(wù) （廣播或者單播）。服務(wù)發(fā)現(xiàn)方便定義和使用各種描述來概述一個(gè)設(shè)備的能力。 服務(wù)發(fā)現(xiàn) 信息在網(wǎng)絡(luò)中也許被隱藏， 在這種情況下，設(shè)備提供的特殊服務(wù)便可能不在 操作發(fā)生的時(shí)候 到達(dá) 。 ZigBee 應(yīng)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(yīng)商的應(yīng)用對象的通用服務(wù)集。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體實(shí)現(xiàn)： APS數(shù)據(jù)實(shí)體（ APSDE）和 APS管理實(shí)體（ APSME）。 (1)APSDE 提供在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或者更多的應(yīng)用實(shí)體之間的數(shù)據(jù)通 信。通過APSDE 服務(wù)接入點(diǎn) (APSDESAP)； （ 2） APSME 提供多種服務(wù)給應(yīng)用對象，這些服務(wù)包含安全服務(wù)和綁定設(shè)備，并維護(hù)管理對象的數(shù)據(jù)庫，也