第2章 Zigbee技术原理.ppt

第2章 Zigbee技术原理;　　　理解Zigbee网络结构。　　　掌握IEEE802.15.4通信层。　　　掌握MAC层和网络层帧结构。　　　掌握Zigbee网络层服务规范。　　　掌握Zigbee应用层规范。;;　　　　　　　　　本章主要介绍Zigbee技术原理，这是更深入了解Zigbee协议的应用以及后续开发的基础。;　　　　　　Zigbee技术是一种低数据传输速率的无线个域网，网络的基本成员称为设备。网络中的设备按照各自作用的不同可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点。;　　　Zigbee网络协调器是整个网络的中心，它的功能包括建立、维持和管理网络，分配网络地址等。所以可以将Zigbee网络协调器认为是整个Zigbee网络的“大脑”。　　　Zigbee网络路由器主要负责路由发现、消息传输、允许其他节点通过它接入到网络。　　　Zigbee终端节点通过Zigbee协调器或者Zigbee路由器接入到网络中，Zigbee终端节点主要负责数据采集或控制功能，但不允许其他节点通过它加入到网络中。　　　本节将重点介绍Zigbee网络体系、Zigbee网络拓扑结构和Zigbee协议架构。;　2.2.1 网络体系　 按照OSI模型，Zigbee网络分为4层，从下向上分别为物理层、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)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。图2-1所示为Zigbee网络协议架构分层，每一层向它的上层提供数据和管理服务。;　　　;　2.2.2 拓扑结构　　　Zigbee网络支持三种拓扑结构：星型、树型和网状型结构，如图2-2所示。　　　其中：　　　在星型拓扑结构中，所有的终端设备只和协调器之间进行通信。　　　树型网络由一个协调器和多个星型结构连接而成，设备除了能与自己的父节点或子节点互相通信外，其他只能通过网络中的树型路由完成通信。;;　　　（1）. 星型网络的形成过程　在星型网络中，协调器作为发起设备，协调器一旦被激活，它就建立一个自己的网络，并作为PAN协调器。路由设备和终端设备可以选择PAN标识符加入网络。不同PAN标识符的星型网络中的设备之间不能进行通信。;　　　（2）. 树型网络的形成过程　在树型网络中，由协调器发起网络，路由器和终端设备加入网络。设备加入网络后由协调器为其分配16位短地址，具有路由功能的设备可以拥有自己的子设备。但是在树型网络中，子设备只能和自己的父设备进行通信，如果某终端设备要与非自己父设备的其他设备通信，必须经过树型路由进行通信。;　　　（3）. 网状型网络的形成过程　　　在网状型网络中，每个设备都可以与在无线通信范围内的其他任何设备进行通信。理论上任何一个设备都可定义为PAN主协调器，设备之间通过竞争的关系竞争PAN主协调器。但是在实际应用中，用户往往通过软件定义协调器，并建立网络，路由器和终端设备加入此网络。当协调器建立起网络之后，其功能和网络中的路由器功能是一样的，在此网络中的设备之间都可以相互进行通信。;　2.2.3 协议架构（重点、难点）　Zigbee网络协议体系结构如图2-3所示，协议栈的层与层之间通过服务接入点(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。 大多数层有两个接口：数据服务接口和管理服务接口。数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务；管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据服务。　Zigbee协议体系架构是在IEEE802.15.4标准的基础上建立的，IEEE802.15.4标准定义了Zigbee协议的物理层和MAC层。;因此Zigbee设备应该包括IEEE802.15.4的物理层和MAC层以及Zigbee堆栈层，其中Zigbee堆栈层包括Zigbee联盟定义的网络层和应用层以及安全服务商提供的安全服务层。　　　1. 物理层和MAC层　　　IEEE802.15.4标准为低速率无线个人域网定义了OSI模型最底层的两层，即物理层和MAC层，也是Zigbee协议底部的两层，因此这两层也称为IEEE 802.15.4通信层。其详细内容见2.3节。;　　　;　　　2. 网络层　　　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(MCPS)和管理服务接口(MLME)。　　　数据服务接口的作用主要有两点： 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。 二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