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Zigbee学习知识重点.docx
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Zigbee 学习知识重点
第一章 Zigbee 概述
1、Zigbee 是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,主要用
于近距离无线连接。
2、Zigbee 的特点是功耗低、成本低、时延短、网络容量大、可
靠安全。
3 、常见的 Zigbee 芯片有 CC243X 系列、 MC1322X 系列和
CC253X 系列。
4、常见的 Zigbee 协议栈有非开源(msstatePAN)协议栈、开
源(freakz)协议栈和半开源(Zstack)协议栈。
5、Zigbee 软件开发平台包括 IAR、Zigbee Sniffer、物理地址修
改软件以及其它辅助软件。
6、Zigbee 硬件开发平台采用 Altium Designer 进行设计。
7、简述 Zigbee 的定义。
答:Zigbee 是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无
线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设
备之间,进行数据传输(包括典型的周期性数据、间歇性数据和低反
应时间数据)的应用。
(Zigbee 的基础是 IEEE802.15.4,但是 IEEE802.15.4 仅处理低
级的 MAC(媒体接入控制协议)层和物理层协议,Zigbee 联盟对网
络层协议和应用层进行了标准化。)
8、简述无线传感器网络与 Zigbee 之间的关系。
答:从协议标准来讲:目前大多数无线传感器网络的物理层和
MAC 层都采用 IEEE802.15.4 协议标准。IEEE802.15.4 描述了低速率
无线个人局域网的物理层和媒体接入控制协议( MAC 层),属于
IEEE802.15.4 工作组。而 Zigbee 技术是基于 IEEE802.15.4 标准的无
线技术。
从应用上来讲:Zigbee 适用于通信数据量不大,数据传输速率相
对较低,成本较低的便携或移动设备。这些设备只需要很少的能量,
以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另外一个传感器,
并能实现传感器之间的组网,实现无线传感器网络分布式、自组织和
低功耗的特点。
9、Zigbee 技术特点:低功耗、低成本、大容量、可靠、时延短、
灵活的网络拓扑结构。
第二章 Zigbee 技术原理
1、Zigbee 协议分为物理层、MAC 层、网络层和应用层,其中物
理层和 MAC 层由 IEEE802.15.4 定义。
2、Zigbee 有三种网络拓扑结构,分别是星型、树型和网状型。
3、物理层定义了物理无线信道和与 MAC 层之间的接口,提供物
理层数据服务和物理层管理服务。
4、MAC 层提供 MAC 层数据服务和 MAC 层管理服务,并负责数
据成帧。
5、网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接。
6、Zigbee 的应用层由应用支持子层(APS)、Zigbee 设备对象、
Zigbee 应用框架(AF)、Zigbee 设备模板和制造商定义的应用对象
等组成。
7、简述 MAC 层帧的一般结构。
答:MAC 帧,即 MAC 协议数据单元(MPDU),是由一系列字
段按照特定的顺序排列而成的。设计目标是在保持低复杂度的前提下
实现在噪声信道上的可靠数据传输。MAC 层帧结构分为一般格式和特
定格式。
一般格式:三部分,MAC 帧头(MHR)、MAC 有效载荷、MAC
帧尾(MFR)。
特定格式:信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。
(MAC 帧头部分由帧控制字段和帧序号字段组成;MAC 有效载
荷由地址信息和特定帧的有效载荷组成,MAC 有效载荷的有效长度与
特定帧类型有关;MAC 帧尾是校验序列 FCS)。
8、简述 Zigbee 网络层的功能。
答:Zigbee 网络层主要实现网络的建立、路由的实现以及网络地
址的分配。Zigbee 网络层不同功能由不同的设备完成。其中 Zigbee
网络中的设备有三种类型:协调器、路由器和终端节点,分别实现不
同的功能:协调器具有建立新网络的能力;协调器或路由器具备允许
设备加入网络或者离开网络、为设备分配网络内部的逻辑地址、建立
和维护邻居表等功能;终端节点只需要有加入或离开网络的能力即可。
9、Zigbee 技术是一种低速数据传输速率的无线个域网,网络的
基本成员称为设备。按照各自作用分为:协调器节点、路由器节点和
终端节点。
协调器:整个网络的中心功能为建立、维持和管理网络,分配网
络地址。
路由器:路由发现、消息传输、允许其他节点通过它接入到网络。
终端节点:数据采集或控制,不允许其他节点通过它加入到网络
中。
10、Zigbee 网络分为 4 层,从下向上分别为物理层、MAC 层、
网络层和应用层。其中物理层和 MAC 层由 IEEE802.15.4 标准定义,
合称 IEEE802.15.4 通信层;网络层和应用层由 Zigbee 联盟定义。
11、Zigbee 网络协议体系结构:应用层包括三部分:应用支持子
层 、 Zigbee 设备对 象和 厂商 定义 的应 用对 象。 网络 层提 供保 证
IEEE802.15.4 MAC 层正确工作的能力,并为应用层提供合适的服务接
口,包括数据服务接口和管理服务接口。IEEE802.15.4 通信层(MAC
层和物理层)。
12、数据服务接口的作用:一是为应用支持子层的数据添加适当
的协议头以便产生网络协议数据单元;而是根据路由拓扑结构,把网
络数据单元发送到通信链路的目的地址设备或通信链路的下一跳地址。
管理服务接口的作用:提供的服务包括配置新设备、常建新网络、
设备请求加入或者离开网络;允许 Zigbee 协调器或路由器请求设备离
开网络、寻址、路由发现等功能。
13、IEEE802.15.4 规范满足国际标准组织( ISO)开放系统互联
(OSI)参考模式,它定义了 Zigbee 的物理层和 MAC 层。
14、物理层所负责的功能:工作频段的分配、信道的分配、为
MAC 层提供数据服务和为 MAC 层提供管理服务。
15、物理层功能:数据的发送与接收、物理信道的能量检测、射
频收发器的激活与关闭、空闲信道评估、链路质量指示、物理层属性
参数的获取与设置。
16、MAC 层负责无线信道的使用方式,它们是构建 Zigbee 协议
底层的基础。其功能如下:CSMA/CA 访问信道;PAN 的建立和维护;
支持 PAN 网络的关联和解除关联;协调器产生网络信标帧普通设备根
据信标帧与协调器同步;处理和维护保证 GTS;在两个对等 MAC 实体
间提供可靠链路。
17、MAC 层服务规范,MAC 层包括 MAC 层管理服务(MLME)
和数据服务(MCPS)。MAC 管理服务可以提供调用 MAC 层管理功
能的服务接口,同时还负责维护 MAC PAN 信息库;MAC 数据服务可
以提供调用 MAC 公共部分子层(MCPS)提供的的数据服务接口,为
网络层数据添加协议头,从而实现 MAC 层帧数据。
18、CSMA/CA 机制实际是在发送数据帧之前对信道进行预约,
以免造成信道碰撞问题。 CSMA/CA 提供两种方式来对无线信道共享
访问,其工作流程如下:送出数据前,监听信道的使用情况,维持一
段时间后,再等待一段随机的时间后信道依然空闲,送出数据;送出
数据前,先送一段小小的请求传送 RTS 报文给目标端,等待目标端回
应 CTS 报文后才开始传送。
19、MAC 子层具体功能:CSMA/CA 机制、PAN 的建立和维护、
关联和解除关联、信标帧。
20、Zigbee 网络层的主要作用:负责网络的建立、允许设备加入
或离开网络、路由的发现和维护。
21、网络层内部由两部分组成,分别是网络层数据实体( NLDE)
和网络层管理实体( NLME)。网络层数据实体通过访问服务接口
NLDE-SAP 为上层提供数据服务;网络层管理实体通过访问服务接口
NLME-SAP 为上层提供网络层的管理服务,另外还负责维护网络层信
息库。
22 、网络层协议数据单元( NPDU )即网络层帧的结构,在
Zigbee 网络协议中定义了两种类型的帧结构,即网络层数据帧和网络
层命令帧。
字节:222110/80/80/1 变长变长
帧控制目的
地址
源地址
广播
半径域
广播
序列号
IEEE 目
的地址
IEEE 源
地址
多点传
送控制
源路由
帧
帧的有效
载荷
网络层帧报头
网络层的有
效载荷
23、Zigbee 的应用层由应用支持子层(APS)、Zigbee 设备对
象、Zigbee 应用框架(AF)、Zigbee 设备模板和制造商定义的应用
对象等组成。
24 、 Zigbee 设 备 中 应 用 对 象 驻 留 的 环 境 称 为 应 用 框 架
(Application Framework,英文简称 AF)。在应用框架中,应用程
序可以通过 APSDE-SAP 发送、接收数据,通过“设备对象公共接口”
实现应用对象的控制与管理。应用支持子层数据服务接口( APSDE-
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