Zigbee协议栈中文说明

2019-07-20 17:02发布

1.概述

1.1解析ZigBee堆栈架构ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的,定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层,以及ZigBee堆栈层:网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图1-1给出了这些组件的概况。
1.1.1ZigBee堆栈层
每个ZigBee设备都与一个特定模板有关,可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。
    设备是由模板定义的,并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图1-1)。每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分,它们都是器件中可寻址的组件 图1-1 zigbe堆栈框架
从应用角度看,通信的本质就是端点到端点的连接(例如,一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信,目的是将这些灯点亮)。
端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器,在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1-2就是设备及其接口的一个例子:

图1-1-2每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点,即端点0和端点255。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理。应用程序可以通过端点0与ZigBee堆栈的其它层通信,从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为ZigBee设备对象(ZD0)。端点255用于向所有端点的广播。端点241到254是保留端点。
所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接,并为数据传送、安全和绑定提供服务,因此能够适配不同但兼容的设备,比如带灯的开关。
APS使用网络层(NWK)提供的服务。NWK负责设备到设备的通信,并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过ZigBee设备对象(ZD0)对网络层参数进行配置和访问。
1.1.2  802.15.4 MAC层
IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征,它支持二种不同的射频信号,分别位于2450MHz波段和868/915MHz波段。2450MHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868/915MHz波段中,868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道,915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。
MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步,支持关联和去关联以及MAC层安全:它能提供二个设备之间的可靠链接。
1.1.3  关于服务接入点
ZigBee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。
ZigBee堆栈的大多数层有两个接口:数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。
1.1.4  ZigBee的安全性
安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是,系统的整体安全性是在模板级定义的,这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。
每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护,为了降低存储要求,它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的,要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee规范定义了信任中心的用途。信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种令人信任的设备。
1.1.5  ZigBee堆栈容量和ZigBee设备
根据ZigBee堆栈规定的所有功能和支持,我们很容易推测ZigBee堆栈实现需要用到设备中的大量存储器资源。 不过ZigBee规范定义了三种类型的设备,每种都有自己的功能要求:ZigBee协调器是启动和配置网络的一种设备。协调器可以保持间接寻址用的绑定表格,支持关联,同时还能设计信任中心和执行其它活动。一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee协调器。
ZigBee路由器是一种支持关联的设备,能够将消息转发到其它设备。ZigBee网格或树型网络可以有多个ZigBee路由器。ZigBee星型网络不支持ZigBee路由器。
ZigBee端终设备可以执行它的相关功能,并使用ZigBee网络到达其它需要与其通信的设备。它的存储器容量要求最少。然而需要特别注意的是,网络的特定架构会戏剧性地影响设备所需的资源。NWK支持的网络拓扑有星型、树型和网格型。在这几种网络拓扑中,星型网络对资源的要求最低。
ZigBee堆栈应该可以提供ZigBee规范要求的所有功能,因此制造商的重点工作是开发实际的应用。为了更加容易实现,如果制造商使用某种公共模板,那么可用大多数现成的配置。如果没有合适的公共模板,则可以充分利用其它模板已经做过的工作创建自己的模板。
ZigBee协议栈体系包含一系列的层元件,其中有IEEE802.15.4 2003标准中的MAC层和PHY层,当然也包括ZigBee组织设计的NWK层。每个层的元件有其特定的服务功能。本说明描述内容涉及ZigBee协议栈的各层元件,但侧重于描述最具实际和理论探讨性的APL应用层和NWK网络层。图1-1为ZigBee栈结构框图。



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19条回答
说书先生
2019-07-21 01:17
2.2.4.1.1.2 产生
当有一个数据PDU(ASDU)由本地NHLE向一个同等的NHLE传输时,由本地NHLE生成该原语。2.2.4.1.1.3 2
当APS子层实体接收到该原语时,便开始传输提供的ASDU。如果DstAddrMode参数为0x00,并且接收该原语的设备的APSDE支持绑定表,那么在绑定表中根据参数SrcEndpoint和ClusterId所指定的endpoint和cluster identifiers寻找相关联的绑定表入口。如果没有绑定表入口,APSDE将发送状态参数为NO_BOUND_DEVICE 的语APSDE-DATA.confirm原语。如果找到了一个或多个绑定表入口,APSDE将构建APDU,其endpoint信息从绑定表入口获得,当通过网络层传输信息帧时,其destination address信息从绑定表入口获得。如果存在多于一个绑定表入口,当接收到相应的NLDE-DATA.confirm原语,按上面描述的,APSDE将构建并向下一个绑定表入口传输APDU,直到没有绑定表入口剩余。如果接收到该原语设备的APSDE不支持绑定表,那么APSDE将发送状态参数为NOT_SUPPORTED的APSDE-DATA.confirm原语。如果DstAddrMode参数为0x02,DstAddress参数包含扩展的64位IEEE地址,首次必须使用NIB(见表2.24)属性中的nwkAddressMap映射相应的16位网络地址。如果找不到相应的16位网络地址,那么APSDE将发送状态参数为NO_SHORT_ADDRESS的APSDE-DATA.confirm原语。如果找到了相应的16位网络地址,其值将被用在NLDE-DATA.request原语中,参数DstEndpoint将被置在作为结果的APDU中。如果DstAddrMode参数为0x01,表明为群地址,参数DstAddress将被解释为16位的全地址。这个地址将被放置在APS头中的群地址域,参数DstEndpoint将被忽略,APS头中的destination endpoint域将被省略。APS头中的帧控制域的delivery mode子域值在这种情况下为0x03.如果DstAddrMode参数为0x02,DstAddress参数包含16位的网络地址,并且提供参数DstEndpoint,当目的网络地址用于应用响应,并且网络地址部位后面的数据传输请求保留时,上层只能使用DstAddrMode为0x02.应用程序可以通过使用参数RadiusCounter来限制在网络中传输数据帧的跳数。如果参数RadiusCounter为0x00,网络层在网络中传输信息帧没有约束。如果参数RadiusCounter为非零,则网络层将允许信息帧在网络中传输存在最多RadiusCounter跳。如果DstAddrMode参数为0x01,表明为群地址,或者DstAddrMode参数为0x00,并且相应的绑定表入口包含哪一个群地址,那么APSME将检查NIB(见表3.42)中的属性nwkUseMulticast值。如果属性值为FALSE,那么输出帧的帧控制域中的delivery mode子域设为0b11,16位的目的群地址将设置输出帧APS头中的group address域,该帧将以广播方式传输。传输该帧的原语NLDE-DATA.request的DstAddr参数设置为值0xfffd,广播给所有RxOnWhenIdle=TRUE的设备。如果属性nwkUseMulticast值为TRUE,那么该帧将使用网络层多点传送方式传输,群地址不用放置在输出帧的APS头中。如果参数TxOptions指定使用安全传输,则APS子层将使用安全服务为ASDU提供安全(见4.2.4小节)。如果安全处理失败,则APSDE发送状态参数为SECURITY_FAIL的APSDE-DATA.confirm原语。APSDE使用NLDE-DATA.request原语向网络层传输构造帧。当接收到NLDE-DATA.confirm原语,APSDE则发送APSDE-DATA.confirm原语,其状态参数值域从网络层接收到的一致。APSDE通过每次发送使NLDE-DATA.request原语的DiscoverRoute参数值为0x01确保网络层中的路由发现始终激活。如果传输的ASDU大于合适的单个帧,当没有请求确认传输或者在TxOptions域的fragmentation permitted标志位设为0时,则放弃传输ASDU,APSDE将发送状态参数为INVALID_REQUEST的APSDE-DATA.confirm原语。如果传输的ASDU大于合适的单个帧,当请求确认传输并且在TxOptions域的fragmentation permitted标志位设为1时,ASDU将按照2.2.8.3.5小节所述分裂为多个APDU。如果请求传输和安全处理,那么每一个APDU都要进行处理。注意不要使用分裂处理,除非相应的上层文件或者相互明确表明帧的传输允许分裂处理,并且说明了块的数量和总共传输的大小。2.2.4.1.2 APSDE-DATA.confirm该原语报告从本地NHLE向一个同等的NHLE传输PDU数据的结果。2.2.4.1.2.1 服务原语的语法该原语的语法如下:APSDE-DATA.confirm   {                     DstAddMode                     DstAddress                     DstEndpoint                     SrcEndpoint                     Status}表2.3详细介绍了APSDE-DATA.confirm原语的参数。

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