zigbee是什么_zigbee協(xié)議架構是什么

　　ZigBee網(wǎng)絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡中的設備可分為協(xié)調器（Coordinator）、匯聚節(jié)點（Router）、傳感器節(jié)點（EndDevice）等三種角色。

　　與此同時，ZigBee作為一種短距離無線通信技術，由于其網(wǎng)絡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)領域具有非常強的可應用性。

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。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成了群體中的通信網(wǎng)絡。其特點是近距離、低復雜度、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程控制領域，可以嵌入各種設備。

　　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。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(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)絡層（NWK）、應用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定。

　　根據(jù)應用和市場需要定義了ZigBee 協(xié)議的分層架構，其協(xié)議的體系結構如圖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 標準定義的，在這個底層協(xié)議的基礎上ZigBee 聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡層（network layer，PHY）和應用層（applicaTIon layer，APL）架構。

　　物理層定義了它與MAC 層之間的兩個接口：數(shù)據(jù)服務接口PD-SAP 和管理服務接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口還為物理層提供了相應的數(shù)據(jù)服務，負責從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，而PLME-SAP 接口同時為物理層提供相應的管理服務，用于維護一個由物理層相關數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。物理層負責數(shù)據(jù)的調制、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）和鏈接質量指示（link quality indicaTIon，LQI）等。物理層幀結構由同步頭、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；幀界定符用來標識同步域的結束及數(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層的幀內容。

　　MAC 層定義了它與網(wǎng)絡層之間的接口，包括提供給網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)服務接口MLDE-SAP 和管理服務接口MLME-SAP，同時提供了MAC 層數(shù)據(jù)服務和MAC 層管理服務。MAC層數(shù)據(jù)服務主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳輸；MAC 層管理服務主要負責媒介訪問控制、差錯控制等。

　　MAC 層主要功能包括以下幾個方面： （1）ZigBee 協(xié)調器產生網(wǎng)絡信標 （2）設備與信標同步

　?。?）支持節(jié)點加入或著退出操作

　　（4）信道接入方式采用免沖突載波檢測多路訪問（CSMA-CA）機制 （5）建立并維護保護時隙機制 （6）為設備提供安全支持

　　MAC 幀格式由三個基本部分組成：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)絡層定義了它與應用層之間的接口，包括提供給應用層的數(shù)據(jù)服務接口

　　NLDE-SAP和管理服務接口NLME-SAP ， 同時提供了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)服務和網(wǎng)絡層管理服務。網(wǎng)絡層主要負責拓撲結構的建立和網(wǎng)絡的維護，具體的功能如下： （1）初始化網(wǎng)絡，即建立一個新的包含協(xié)調器、路由器和終端設備的網(wǎng)絡 （2）設備連接和斷開時所采用的機制

　?。?）對一跳鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)和相關節(jié)點信息的存儲

　　（4）ZigBee 協(xié)調器和路由器為新加入節(jié)點分配短地址

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

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

　　當ZigBee 協(xié)議棧運行時，數(shù)據(jù)幀是這樣被處理的：當設備發(fā)起通訊時，數(shù)據(jù)是自上而下的傳遞，依次經過應用層、網(wǎng)絡層、MAC 層、物理層，當經過物理層處理后，通過硬件的無線模塊調制發(fā)送出去。接收時，先通過無線模塊把收到的信息解調出來，然后按照物理層、MAC 層、網(wǎng)絡層、應用層依次往上傳遞并對信息幀進行分解。