原创 ZigBee技术概述

ZigBee中的设备

-------------------------------------------------------------------------------

ZigBee是ZigBee联盟在IEEE802.15.4定义的物理层（PHY）和媒介访问控制层（MAC）基础之上制定的一种LR-WPAN技术规范。根据设备功能的不同，IEEE802.15.4把网络中的设备分为全功能设备（FFD，Full Function Device）和简化功能设备（RFD，Reduce Function Device）。个域网（PAN，Personal Area Network）中的设备可以分为PAN协调器、协调器和一般设备。

-------------------------------------------------------------------------------

ZigBee网络拓扑

-------------------------------------------------------------------------------

ZigBee协调器是一个起网络控制中心作用的FFD，它不单为网络控制而存在，还可以有自己的应用。就功能而言，ZigBee协调器与扮演ZigBee路由器和ZigBee终端设备角色的FFD没有区别，只是根据构建网络的需要，ZigBee协调器这个FFD承担了控制中心的任务，网络中的每个设备都有一个64位扩展地址用于网内直接通信，如果PAN协调器为设备分配了16位短地址，则设备也可以使用短地址通信。

在星状拓扑中，所有终端设备都与唯一的中央控制设备——PAN协调器通信，终端设备之间的通信通过PAN协调器的转发来完成。终端设备要么是通信的起点，要么是通信的终点。在星状网络中，PAN协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星状网络适合家庭自动化，PC机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。

点对点对等拓扑网络中，也有一个PAN协调器；但与星状网络不同的是，对等网络中的任何两个设备只要彼此都在对方的无线辐射范围之内，就可以直接通信。点对点对等网络允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据，具有自组织、自修复的Ad-Hoc组网能力。

构建星形网络时，最先启动的FFD自任PAN协调器，并选定一个与其覆盖区域内的其他PAN不同的标识作为自己的PAN标识。一旦指定了PAN标识，网络协调器就可以把其他FFD和RFD加入到网络中。

构建ZigBee对等网络时，仍然需要一个PAN协调器；不过网络协调器的功能已不再是为其他设备转发数据，而是实现设备注册和访问控制等基本的网络管理功能。PAN协调器首先将自己设置为簇首（Cluster Header，CLH），并将簇标识（Cluster Identifier，CID）设置为0，形成网络中的第一个簇。PAN协调器选择一个未被使用的PAN标识符，并向其临近设备广播信标帧。临近设备收到信标帧之后，就可以申请加入该簇。如果PAN协调器允许请求设备加入该簇，就把设备作为子设备加入到PAN协调器的邻居列表中。新加入的设备也将簇首作为它的父设备加入到自己的邻居列表中，并且发送周期性的信标帧，以便其他设备加入到网络中来。如果设备未被该簇所接受，则他将搜索新的父设备。

-------------------------------------------------------------------------------

ZigBee协议构架

-------------------------------------------------------------------------------

ZigBee协议架构是建立在IEEE802.15.4标准基础之上的。IEEE802.15.4标准定义了ZigBee的物理层（PHY）和媒介访问控制层（MAC）；ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范。 

ZigBee协议栈的每层为其上层提供一套服务功能：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供其他服务。IEEE802.15.4的物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管理服务。PHY层功能包括无线收发信号机的开启和关闭、能量检测（ED）、链路质量指示（LQI）、信道评估（CCA）和通过物理媒体来收发数据包。MAC层提供MAC层数据服务和MAC层管理服务，其主要功能包括采用CSMA/CA进行信道访问控制、信标帧发送、同步服务和提供MAC层可靠传输机制。

ZigBee网络层提供设备加入/退出网络的机制、帧安全机制、路由发现及其维护机制。ZigBee协调器的网络层还负责新网络并为新关联的设备分配地址。ZigBee应用层包括应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象。APS层负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并在绑定的设备之间传送信息。ZDO负责发现网络中的设备并明确其提供的应用服务。

-------------------------------------------------------------------------------

服务原语

-------------------------------------------------------------------------------

服务是一个协议层（服务提供者）向上一层（服务用户）提供的功能，而服务用户的功能是建立在其下一层提供的服务的基础之上的。一种服务包含一个或者多个服务原语，原语中的参数用来传递提供服务所要求的信息。OSI/RM规定了四种类型的服务原语：

①     请求（request）。

②     指示（indication）。

③     响应（response）。

④     证实（confirm）。