zigbee协议

### Zigbee协议详解 #### 一、概述 Zigbee是一种低功耗、低成本的无线网络通信技术，广泛应用于物联网（IoT）场景之中。它基于IEEE 802.15.4标准构建，主要面向低数据传输率、低能耗、低成本的应用需求。Zigbee协议栈包括了物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、网络层(NWK)、应用层等部分。 #### 二、ZigBee堆栈架构解析 ##### 2.1 ZigBee堆栈架构概览 ZigBee堆栈架构是基于IEEE 802.15.4标准构建的，该标准定义了PHY层和MAC层。ZigBee设备除了包含这两个基础层外，还包含了更高层次的服务，如网络层、应用层以及安全服务提供层。这种分层结构使得ZigBee设备能够高效地与其他设备通信并完成复杂的功能。 ##### 2.2 ZigBee堆栈层详解 - **PHY层**：物理层定义了无线射频的特性。ZigBee支持两种不同的射频信号，分别是2.4GHz波段和868/915MHz波段。2.4GHz波段可以提供更高的数据速率（最高250kbps），而868/915MHz波段则适用于更远距离的通信。 - **MAC层**：介质访问控制层负责相邻设备之间的单跳数据通信。它确保了数据包的可靠传输，并且提供了设备间的同步机制，支持设备的关联和去关联操作。 - **网络层（NWK）**：负责设备到设备的通信，处理消息路由和网络发现等问题。此外，网络层还负责网络中设备的初始化活动。 - **应用支持子层（APS）**：位于网络层之上，为上层应用提供服务，如数据传送、安全和绑定等服务，以实现不同设备之间的交互。 - **应用层**：负责具体的应用逻辑实现，包括设备之间的交互和数据交换。应用层通过定义不同的端点和簇来实现设备之间的通信。 ##### 2.3 应用对象与端点 每个ZigBee设备都由一个或多个应用对象组成，每个应用对象通过一个端点与堆栈的其他部分相连。端点是设备中可寻址的组件，通过端点实现端到端的通信。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理，而端点255用于广播。 ##### 2.4 簇的概念 簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的集合。这些簇定义了设备之间的通信方式。公共模板可以确保来自不同供应商的设备在相同的场景中实现互操作性。 #### 三、802.15.4 MAC层 802.15.4标准为低速率无线个人区域网络(LR-WPAN)定义了PHY层和MAC层。PHY层定义了无线射频的特性和工作频率范围，而MAC层则负责设备之间的单跳数据通信，确保数据的可靠传输，并提供设备之间的同步、关联和去关联等功能。 #### 四、服务接入点(SAP) 服务接入点(SAP)是特定层提供的服务与上层之间的接口。ZigBee堆栈的大多数层都具有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口向上层提供数据服务，而管理实体接口则提供了配置和管理内部层参数的能力。 #### 五、ZigBee的安全性 ZigBee的安全机制由安全服务提供层(SSP)提供。安全性可以在模板级别定义，以适应不同的应用场景。每一层（MAC、网络或应用层）都可以被保护，并且可以通过共享安全密钥来减少存储需求。信任中心是网络中负责分配安全密钥的可信设备。 #### 六、ZigBee堆栈容量与ZigBee设备类型 ZigBee规范定义了三种类型的设备：ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备。 - **ZigBee协调器**：负责启动和配置网络，支持间接寻址用的绑定表、设备关联等功能。 - **ZigBee路由器**：支持设备间的关联，并能将消息转发给其他设备。 - **ZigBee终端设备**：执行相关功能，并通过ZigBee网络与其他设备通信。这类设备对存储器的需求最低。 通过对ZigBee协议栈的深入理解，我们可以更好地掌握ZigBee技术的核心要素，为开发高性能、低功耗的物联网系统奠定坚实的基础。