关于zigbee协议栈的隔层分析

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1、随着传感器网络的人肆应用；随着物联网概念的爆发；随着通信技术的迅速发展，人们提出了在自身附近几米范I韦I内通信的要求，这样就出现了个人区域网络PAN(PersonalAreaNetwork)和无线个人区域网络WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork)的概念。WPAN网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米到几十米范围内的多个设备通过无线方式连接在一起，使他们可以相互通信其至接入LAN或者Intemeto2001年8月成立的zigbee联盟就是一个针对WPAN网络而成立的产业联盟。该联盟致力于近距

2、离、低复杂度、低数据速率、低成本的无线网络技术。他们开发的技术被称为zigbee技术，该技术希塑被部署到商用电子、住宅及建筑自动化、工业设备监测、PC外设、医疗传感设备、玩具以及游戏等其他无线传感和控制领域当中。1.1IEEE802.15.4标准zigbcc联盟已于2005年6刀27口公布了第一份zigbcc规范"zigbccSpecificationV1.0”。这标准定义了在IEEE802.15.4-2003物理层和标准媒体接入控制层上的网络层及支持的应用服务。zigbee联盟的长期冃标是能够建立棊于互操作平台和配置文件

3、的可伸缩、低成本嵌入式基础架构。图1・IEEE802.15.4及ZigBee协议栈架忆ZigBee联盟IEEE802.15.4用户1.1.1IEEE802.15.4协议框架IEEE802.15.4标准采用分层结构。每一层为上层提供一系列特姝的服务：数据实体提供数据传输服务，管理实休则提供所有其他的服务。所有的服务实体都通过服务接入点SAP(ServiceAccessPoint)为上层提供一个接口，每个SAP都支持一定数量的服务原语来实现所需的功能。IEEE802.15.4标准堆栈架构是在0SI七层模型的基砒上根据市场和应用

4、的实际需耍定义了，如图2・1。其中，IEEE802.15.4标准定义了底层：物理层PHY(PhysicalLayer)和媒体访问控制子层MAC(MediumAccessControlSub-Layer)层。zigbee联盟在此基础上定义了网络层NWK(NetworkLayer),应用层APL(ApplicationLayer)架构。其中应用层包括应用支持了层APS(ApplicationSupportSub-Layer),应用框架AF(ApplicationFramework),zigbee设备对象ZDO(zigbeeDe

5、viceObjects)以及用户定义应用对象(Manufacture.DefinedApplicationObjects)。[16]IEEE802.15.41作在工业科学医疗ISM(IndustriakScientificandMedical)频段，定义了两个物理层PHY,分别工作在两个频段上：868/915MHz和2.4GHz。其屮低频段物理层覆盖了868MHz的欧洲频段和915MHz的美国与澳大利亚等国的频段。高频段2.4GHz则全球通用。IEEE802.15.4MAC层采用避免冲突多载波信道接入CSMA-CA(Car

6、rierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)方式，主要负贵传输信标帧，同步以及提供信赖的传输机制。1.1.2网络节点类型■协咖赫由il•悴箱设*图2・2Zigbee网络拓扑结构在W-PAN中有三种网络角色：PAN网络I•办调器、I•办调器和设备。这三种角色在IEEE802.15.4规范中分别对应zigbee协调器ZC(zigbeeCoordinator)>zigbee路由器ZR(zigbeeRouter)和终端设备ZED(zigbeeEndDevice)o协调器和路由器只能是

7、全功能器件FFD。一个PAN的网络中，至少要冇一个全功能器件成网络的协调器，它可以看作是一个PAN的网关节点(SINK节点)，它是网络建立的起点，负责PAN网络的初始化，确定PAN的ID号和PAN操作的物理信道并统筹短地址分配,充当信任中心和储存安全密钥，与其他网络的连接等。协调器在加入网络Z后获得一定的短地址空间。这个空间内，他有能力允许其他节点加入网络，并分配短地址。当然协调器还具备路由和数据转发的功能。在任何一个拓扑网络上，所有设备都有一个唯--的64位IEEE长地址，该地址可以在PAN中用于直接通信。或者当所有设备

8、Z间都已经存在连接吋，可以将其转变为16位的网络短地址分配给PAN设备。因此在设备发起连接时采用的是64位的长地址，只有连接成功后，系统分配了PAN的标志符后，才能采川16位的短地址來通信。路山器可以只运行一个存放有路山协议的粹简协议栈，负责网络数据的路山，实现数据中转功能。在网络中最基本的节点就是终端