Zigbee协议

　　Zigbee是一种近距离、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。下面来说一下Zigbee协议的特点以及架构原理。

Zigbee协议

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4协议，这是一种低传送速率的无限PAN的协议。在标准化方面，IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层和MAC层的协议，其余协议主要参照和采用现有的标准，高层应用、测试和市场推广等方面的工作将由ZigBee联盟负责。

　　在网络层方面，ZigBee联盟制订可以采用星形和网状拓扑，也允许两者的组合，称为丛集树状。根据节点的不同角色，可分为全功能设备（Full-Function Device；FFD）与精简功能设备（Reduced-Function Device；RFD）。相较于FFD，RFD的电路较为简单且存储体容量较小。FFD的节点具备控制器（Controller）的功能，能够提供数据交换，而RFD则只能传送数据给FFD或从FFD接收数据。

　　ZigBee协议套件紧凑且简单，具体实现的硬件需求很低，8位微处理器80c51即可满足要求，全功能协议软件需要32K字节的ROM，最小功能协议软件需求大约4K字节的ROM。

　　Zigbee作为一个互联互通的新协议，以智能家居为首的产品 主要使用该协议，它的特点就是省电，快速。如今，新名称加戴，它彰显了联盟角色——为物联网行业创建值得信赖标准的协作平台。

　　Zigbee是一种无线Mesh协议，即针对需要低成本、低功耗的无线网络选项的产品而开发的一种开放式全球标准。它可在IEEE 802.15.4和公共频段2.4GHz、900MHz和868MHz上运行。Zigbee是由Zigbee联盟的成员公司创建并批准的。

　　Zigbee Mesh网络中有三种节点类型：协调器、路由器和终端设备，且只能有一个协调器。协调器会设置网络并选择工作信道和PAN ID。建立了网络之后，协调器就会充当路由节点并管理其他网络功能。协调器不可休眠，必须一直通电。

　　路由器可以加入现有网络并发送、接收和路由信息。终端设备也可以加入现有网络，但只能通过父节点进行通信，且不能将消息中继到其他节点。终端设备可以休眠。

　　Zigbee是具有高噪声RF环境的商业和工业应用的绝佳选择。Zigbee的Mesh功能是该拓扑在高噪声应用中工作良好的原因之一。借助Mesh，如果节点的当前路径中存在某种干扰，那么节点可以自动重新路由到新的路径。Zigbee的一些常见应用包括智能能源、照明控制、HVAC控制和车队应用。Zigbee网络可以仅使用两台设备，但也可以使用数百个节点。

　　Zigbee设备的范围取决于所使用的设备类型和应用环境。通常2.4GHz Zigbee节点之间的室内范围为200-400英尺，因此几个设备通常可以覆盖一个普通家庭。如果使用多个路由或功率放大设备，则可大大扩展网络范围。

　　Zigbee的最新版本为ZigBee3.0。这一较新版本支持增强的安全选项，即集中式和分布式安全。ZigBee3.0与旧版本向后兼容。Zigbee的另一个绝佳特性是可以通过空中（OTA）进行更新。

zigbee协议是什么

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

　　首先ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。

　　ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个ZigBee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个ZigBee控制网络。

　　由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位和远近信息的，也就是所蜜蜂依靠着这样的方式构成了群体中的通信“网络”，因此ZigBee的发明者们形象地利用蜜蜂的这种行为来形象地描述这种无线信息传输技术。

　　不同的是，ZigBee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee"基站"却不到1000元人民币；每个ZigBee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料； 除此之外，每一个ZigBee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。

　　每个ZigBee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。

zigbee协议栈结构

　　协议栈是一系列代码，是协议的具体实现形式，通俗的理解就是用代码实现的函数库，以便开发人员调用。而z_stack就是zigbee的协议栈，所以要用zigbee建网就要用到该协议栈，调用其中的函数。

　　zigbee网络设备主要由协调器，路由器，终端节点组成。协调器的作用就是组建网络及维护网络，它上电后可以自己寻找信道及网络地址，建网成功后和路由器功能一致。IAR为集成开发环境，当把协调器，路由器，终端节点的代码分别down在其芯片时他们便可以自动组网，无线传输数据。

　　Zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供一些应用层API,供用户调用。协议栈体系分层架构与协议栈代码文件夹对应表如下：

　　2.3 ZigBee协议栈工作流程简要分析

　　协议是个标准，是约定；

　　协议栈是协议的实现，可以理解为代码，函数库，供上层应用调用。

　　消息处理机制：一般是通过回调函数实现的。例如：在按键发生时，它会调用按键的回调函数（响应函数也叫），通过回调函数生成一个任务出来，然后通过任务发送osal_msg_send函数，发送消息处理循环，注册事件，等待处理。最后应用层事件处理函数监测到事件之后，调用相应的处理函数。

　　如果出现本次任务处理周期中的间隙时间内没有完成任务，就会等到下一个 周期继续处理。所以，协议栈调试中，单步调试是没有作用的，整个协议栈都是运用定时器控制，单步运行无法控制定时器。个人觉得没必要去探究无线数据是如何发送的，协议栈分层比较多，底层802.15.4，深究没必要，用户只需关注APP文件夹就行了。协议栈如果去一句话一句话的探究，少说3个月才能搞定。费时费力。

　　了解协议栈的运行流畅，消息处理流程，就可以知道怎么去添加任务，也就是你需要加载进去的处理事件（传感器这些处理函数），还有怎么去初始化IO口，时钟，串口这些，这样就够了，很快就能上手项目。

　　SAP：服务接入点，Service Access Point

　　具体的分层架构：

　　PHY：物理层

　　MAC：媒体访问控制层

　　NWK：网络层

　　API：应用层，有三个组成：

　　APS：应用支持子层， Application Support Sub Layer

　　ZDO：设备对象， Zigbee Device Object

　　AF：应用程序框架，Application Framework

zigbee协议分为哪些层

　　Zigbee协议分为两部分，IEEE 802.15.4定义了PHY（物理层）和MAC（介质访问层）技术规范；Zigbee联盟定义了NWK（网络层）、APS（应用程序支持层）、APL（应用层）技术规范。Zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供API（应用层），用户可以直接调用。协议是一种规定。是一系列的通信标准，通信双方按照这一标准进行数据收发。

　　1、ZigBee底层硬件模块

　　底层硬件模块是ZigBee技术的核心模块，所有嵌入ZigBee技术的设备都必须包括底层模块。它主要由射频RF（Radio-Frequency）、ZigBee无线RF收发器和底层控制模块组成。

　　ZigBee标准协议定义了两个物理层（PHY）标准，分别是2.4 GHz物理层和868／915 MHz物理层。两个物理层都基于直接序列扩频DSSS技术，使用相同的物理层数据包格式；区别在于工作频率、调制方式、信号处理过程和传输速率。

　　底层控制模块定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据；物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。数据服务主要包括：激活和休眠射频收发器，收发数据，信道能量检测，链路质量指示和空闲信道评估。

　　信道能量检测：为ZigBee协议网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度，由于这个检测本身不需要进行解码操作，所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。

　　链路质量指示：为ZigBee协议MAC层或者应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息。与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一起提交给上层处理。

　　空闲信道评估：判断信道是否空闲。ZigBee协议标准定义了3种空闲信道评估模式：第一种是判断信道的信号能量，若信号能量低于某一个门限量，则认为信道空闲；第二种是判断无线信道的特征，这个特征主要包括两方面，即扩频信号和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断。

　　2、ZigBee中间协议层

　　ZigBee协议中间协议层由IEEE 802.15.4 MAC子层、IEEE 802.15.4链路控制（LLC，Logical Link Contro1）子层、网络层NWK以及通过业务相关聚合子层SSCS（Service Specific Convergence Sublayer）协议承载的IEEE 802.2 LLC子层（选用协议层）组成。

　　ZigBee协议MAC子层：使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而LLC子层在MAC子层的基础上，在设备间提供面向连接和非连接的服务。MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发；后者维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。

　　ZigBee协议NWK层：负责建立和维护网络连接。它独立处理传人数据请求、关联、解除关联和孤立通知请求。

　　ZigBee协议SSCS和IEEE 802.2 LLC：只是ZigBee标准协议中可能的上层协议。并不在IEEE 802.15.4标准的定义范围之内。SSCS为IEEE802.15.4的MAC层接入IEEE802.2标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。

　　3、 高端应用层

　　高端应用层位于ZigBee协议栈的最上面，主要包括以下5部分：应用支持（APS）子层、ZigBee设备对象（ZDO）子层、ZigBee设备配置（ZDC）子层、应用层（APL）和用户应用程序组成。

　　APS子层：主要提供ZigBee端点接口。应用程序将使用该层打开或关闭一个或多个端点，并且获取或发送数据。

　　ZDO子层：通过打开和处理目标端点接口来响应接收和处理远程设备的不同请求。与其他的端点接口不同，目标端点接口总是在启动时就被打开并假设绑定到任何发往该端口的输入数据帧。

　　ZDC子层：提供标准的ZigBee配置服务，定义和处理描述符请求。远程设备可以通过ZDO子层请求任何标准的描述符信息。当接收到这些请求时，ZDO会调用配置对象以获取相应的描述符值。

　　APL层：提供高级协议栈管理功能。用户应用程序使用此模块来管理协议栈功能。

　　用户应用程序：主要包括厂家预置的应用软件。同时，为了给用户提供更广泛的应用，该层还提供了面向仪器控制、信息电器和通信设备的嵌入式API.从而可以更广泛地实现设备与用户的应用软件间的交互。

　　zigbee协议技术层面介绍

　　1.2 IEEE 802.15.4 通信层

　　1.2.1 物理层服务

　　标准规定的物理层包括一个管理实体，即物理层管理实体（Physical Layer Management Entity, PLME），分别提供以下两个服务：

　　PD-SAP：数据服务接入点，Physical Data SAP

　　PLME-SAP：管理服务接入点，Physical Layer Management Entity SAP

　　在 PLME-SAP 中，包含PHY-PIB（物理层个域网信息数据库），整个物理层也有一个RF-SAP（无线发送接收访问接口）的称呼。

　　物理层数据桢结构中，包含SFD（帧界定符， Start of Frame Delimiter），用来表示前导码域的结束以及分组数据域的开始。这是一个一字节的固定数据。

　　此外，数据桢结构中的物理数据单元（或称物理层负载， PHY Service Data Unit, PSDU）。

　　1.2.2 MAC 层服务

　　MAC 层和物理层一样，也包含一个管理实体，称为MLME（MAC Layer Management Entity）。负责维护和 MAC 子层相关的管理目标数据库。也就是 MAC 子层的PAN（Personal Area Network）信息数据库。

　　1.5 应用层

　　如前文所述，应用层包含三个部分：应用支持子层、应用程序框架、ZDO。

　　1.5.1 应用支持子层

　　英文名：Application Support Sub Layer，简称APS。

　　提供以下两个服务实体：

　　应用支持子层数据实体：APSDE，Application Support Sub Layer Data Entity

　　应用支持子层管理实体：APSME, Application Support Sub Layer Management Entity

　　相应的，也就有APSDE-SAP和APSME-SAP。

　　Zigbee协议网络节点不仅本身可以作为监控对象，其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。采用扩频技术对ZigBee的抗干扰能力进行了改进和完善，可以起到避开干扰的作用。当系统网络受到干扰时，整个网络整以动态的切换到另一信道上。在安全性上面采用AES128位高级加密法，确保了整个系统的安全可靠。

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