Zigbee網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)方面具有重要作用，對(duì)于Zigbee網(wǎng)絡(luò)，電子專業(yè)的朋友相對(duì)更為熟悉。為增進(jìn)大家對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)各層的規(guī)范予以介紹。如果你對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)相關(guān)內(nèi)容具備濃厚興趣，不妨和小編共同來(lái)閱讀這篇文章哦。

一、物理層規(guī)范

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(wú)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(kù)。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(píng)估(clear channel assessment，CCA)信道能量的監(jiān)測(cè)(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(lái)為數(shù)據(jù)收發(fā)提供碼元或數(shù)據(jù)符號(hào)的同步;幀界定符用來(lái)標(biāo)識(shí)同步域的結(jié)束及數(shù)據(jù)的開(kāi)始。物理層幀頭包括7bit 的幀長(zhǎng)度和1bit 的預(yù)留位，幀長(zhǎng)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。

二、媒體接入控制層規(guī)范

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(wèn)控制、差錯(cuò)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

(3)支持節(jié)點(diǎn)加入或著退出操作

(4)信道接入方式采用免沖突載波檢測(cè)多路訪問(wèn)(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。

三、網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范

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(kāi)時(shí)所采用的機(jī)制

(3)對(duì)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(chǔ)

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

(5)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(hào)等部分組成，通用網(wǎng)絡(luò)幀的結(jié)構(gòu)如表3所示。

四、應(yīng)用層規(guī)范

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(duì)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(duì)象使用的數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)接口APSDE-SAP，另一個(gè)是管理服務(wù)訪問(wèn)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(qǐng)求構(gòu)造并存儲(chǔ)綁定表，實(shí)現(xiàn)綁定管理。ZigBee 應(yīng)用框架(AF)是應(yīng)用對(duì)象駐留的環(huán)境，最多可有240 個(gè)應(yīng)用對(duì)象端點(diǎn)，應(yīng)用對(duì)象通過(guò)APSDE-SAP 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)ZDO 公用接口來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對(duì)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(guò)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、MAC 層、物理層，當(dāng)經(jīng)過(guò)物理層處理后，通過(guò)硬件的無(wú)線模塊調(diào)制發(fā)送出去。接收時(shí)，先通過(guò)無(wú)線模塊把收到的信息解調(diào)出來(lái)，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(duì)信息幀進(jìn)行分解。

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