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Zigbee 协议栈中文说明

解析 ZigBee 堆栈架构
ZigBee 堆栈是在 IEEE 标准基础上建立的,定义了协议的 MAC 和 PHY 层。
ZigBee 设备应该包括 (该标准定义了 RF 射频以及与相邻设备之间的通信)的
PHY 和 MAC 层,以及 ZigBee 堆栈层:网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图 1-1
给出了这些组件的概况。
堆栈层
每个 ZigBee 设备都与一个特定模板有关,可能是公共模板或私有模板。这些模板定义
了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设
备在相同应用领域中的互操作性。
设备是由模板定义的,并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图 1-1)。每个
应用对象通过一个端点连接到 ZigBee 堆栈的余下部分,它们都是器件中可寻址的组件
图 1-1 zigbe 堆栈框架
从应用角度看,通信的本质就是端点到端点的连接(例如,一个带开关组件的设备与带一
个或多个灯组件的远端设备进行通信,目的是将这些灯点亮)。
端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所
需的全部属性的容器,在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1- 2 就是设备及其接口
的一个例子:
图 1-1-2
每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点,
即端点 0 和端点 255。端点 0 用于整个 ZigBee 设备的配置和管理。应用程序可以通过端点
0 与 ZigBee 堆栈的其它层通信,从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点 0 的对象
被称为 ZigBee 设备对象(ZD0)。端点 255 用于向所有端点的广播。端点 241 到 254 是保留
端点。
所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS 通过网络层和安全服务提供层与
端点相接,并为数据传送、安全和绑定提供服务,因此能够适配不同但兼容的设备,比如带
灯的开关。
APS 使用网络层(NWK)提供的服务。NWK 负责设备到设备的通信,并负责网络中设备
初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过 ZigBee 设备对象(ZD0)对网
络层参数进行配置和访问。
MAC 层
IEEE 标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了 OSI 模型开始的两层。
PHY 层定义了无线射频应该具备的特征,它支持二种不同的射频信号,分别位于2450MH z
波段和 868/915MHz 波段。2450MHz 波段射频可以提供 250kbps 的数据速率和 16 个不同
的信道。868/915MHz 波段中,868MHz 支持 1 个数据速率为 20kbps 的信道,915MHz 支
持 10 个数据速率为 40kbps 的信道。
MAC 层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步,支持关联和去关联
以及 MAC 层安全:它能提供二个设备之间的可靠链接。
关于服务接入点
ZigBee 堆栈的不同层与 MAC 通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP 是某一
特定层提供的服务与上层之间的接口。
ZigBee 堆栈的大多数层有两个接口:数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的
目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参
数、配置和管理数据的机制。
ZigBee 的安全性
安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是,系统的整体安全性是在模板级定
义的,这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。
每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护,为了降低存储要求,它们可以分享安全钥匙。
SSP 是通过 ZD0 进行初始化和配置的,要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee 规范定义了
信任中心的用途。信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种令人信任的设备。
ZigBee 堆栈容量和 ZigBee 设备
根据 ZigBee 堆栈规定的所有功能和支持,我们很容易推测 ZigBee 堆栈实现需要用到
设备中的大量存储器资源。不过 ZigBee 规范定义了三种类型的设备,每种都有自己的功
能要求:ZigBee 协调器是启动和配置网络的一种设备。协调器可以保持间接寻址用的绑定
表格,支持关联,同时还能设计信任中心和执行其它活动。一个Zi