05 TI ZStack协议栈的分层及设备分类
协议栈里常见的英文缩写:
SDK: software development kit
BSP: board support package(板级支持包):硬件电路图，PCB. 相应的源码
API: Application Programming Interface 编程应用接口
CBC-MAC: Cipher Block Chaining Message Authentication Code
CCM: Counter with CBC-MAC (mode of operation)
CCM*: Extension of CCM
FCS: Frame Check Sequence
HAL: Hardware Abstraction Layer 把同类型的设备封装成标准的统一的API
IO: Input/Output
MIC: Message Integrity Code
MPDU: MAC Protocol Data Unit
PAN: Personal Area Network
PER: Packet Error Rate
RF: Radio Frequency
RSSI: Received Signal Strength Indicator
SFD: Start of Frame Delimiter////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
摘自开发板文档和”Z-Stack Develper’s Guide”
协议栈的分层:
ZigBee 的协议分为两部分,IEEE 802.15.4 定义了 PHY(物理层) MAC和 (介质访问层)技术规范;ZigBee联盟定义了 NWK(网络层)、APS(应用程序支持子层)、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直,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.
物理层( PHY)
物理层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。
物理层内容:
1)ZigBee 的激活;
2)当前信道的能量检测;
3)接收链路服务质量信息;
4)ZigBee 信道接入方式;
5)信道频率选择;
6)数据传输和接收。MAC层
MAC层负责处理所有的物理无线信道访问,并产生网络信号、同步信号;支持PAN连接和分离,提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。
MAC层功能:
1)网络协调器产生信标;
2)与信标同步;
3)支持 PAN(个域网)链路的建立和断开;
4)为设备的安全性提供支持;
5)信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制;
6)处理和维护保护时隙(GTS)机制;
7)在两个对等的 MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路网络层(NWK)
ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能。
网络层功能:
1)网络发现;
2)网络形成;
3)允许设备连接;
4)路由器初始化;
5)设备同网络连接;
6)直接将设备同网络连接;
7)断开网络连接;
8)重新复位设备;
9)接收机同步;
10)信息库维护。应用层
ZigBee应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。
应用支持层的功能包括:维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。
ZigBee设备对象的功能包括:定义设备在网络中的角色(如ZigBee协调器和终端设备),发起和响应绑定请求,在网络设备之间建立安全机制。 ZigBee设备对象还负责发现网络中的设备,并且决定向他们提供何种应用服务。
ZigBee应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外,一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象应用程序框架(APF):
运行在ZigBee协议栈上的应用程序实际上就是厂商自定义的应用对象,并且遵循规范(profile)运行在端点1~ 240上。在ZigBee应用中,提供2种标准服务类型:键值对(KVP)或报文(MSG)
设备对象(ZDO):
ZigBee设备对象(ZDO)的功能包括负责定义网络中设备的角色,如:协调器或者终端设备。还包括对绑定请求的初始化或者响应,在网络设备之间建立安全联系等。实现这些功能, ZDO使用APS层的APSDE-SAP和网络层的NLME-SAP。ZDO是特殊的应用对象,它在端点(entire)0上实现。远程设备通过ZDO请求描述符信息,接收到这些请求时,ZDO会调用配臵对象获取相应描述符值
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在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型:Coordinator(协调器),Router(路由器)和
End-Device(终端设备)。ZigBee网络由一个Coordinator以及多个Router和多个
End_Device组成.
Coordinator(协调器)
协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID(也称之为PAN ID,即Personal Area Network ID),
随后启动整个网络。协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定(bindings)。
注意,协调器的角色主要涉及网络的启动和配臵。一旦这些都完成后,协调器的工作就像一个路由器(或者消失go away)。
由于ZigBee网络本身的分布特性,因此接下来整个网络的操作就不在依赖协调器是否存在。**不可以存在有多个协调器共用一个PAN ID**.Router(路由器)
路由器的功能主要是:允许其他设备加入网络,多跳路由和协助它自己的由电池供电的终端设备的通讯。
通常,路由器希望是一直处于活动状态,因此它必须使用主电源供电。但是当使用树状网络拓扑结构时,允许路由间隔一定的周期操作一次,
这样就可以使用电池给其供电。End-Device(终端设备)
终端设备没有特定的维持网络结构的责任,它可以睡眠或者唤醒,因此它可以可以是一个电
池供电设备。通常,终端设备对存储空间(特别是RAM的需要)比较小。
设备关系图: 