無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2

1、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 第2章 ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)原理 2.1 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 2.2 各層主要功能 2.3 各層參考模型 2.4 重要原語(yǔ) 2.1 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)協(xié)議棧是指網(wǎng)絡(luò)中各層協(xié)議的總和，其形象的反映了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中文件傳輸?shù)倪^(guò)程：由上層協(xié)議到底層協(xié)議，再由底層協(xié)議到上層協(xié)議。使用最廣泛的是英特網(wǎng)協(xié)議棧，由上到下的協(xié)議分別是：應(yīng)用層（HTTP，TELNET，DNS，EMAIL等），運(yùn)輸層（TCP，UDP），網(wǎng)絡(luò)層（IP），鏈路層（WI-FI，以太網(wǎng)，令牌環(huán)，F(xiàn)DDI等），物理層。 ZigBee協(xié)議棧建立在IEEE 80215 4的PHY層和MAC子層規(guī)范之上。它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層(networklayer，NW

2、K)和應(yīng)用層(applicationlayer，APL)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(application support sublayer，APS)和ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZigBee Device Object，ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了用戶(hù)自定義的應(yīng)用對(duì)象。 ZigBee的體系結(jié)構(gòu)由稱(chēng)為層的各模塊組成。每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體提供所有的其他管理服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供一個(gè)接口，每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)通過(guò)服務(wù)原語(yǔ)來(lái)完成所對(duì)應(yīng)的功能。ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如下圖所示： 2.2 各層主要功能 （1） 物理層物

3、理層定義了物理無(wú)線(xiàn)信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。 物理層內(nèi)容1)開(kāi)啟和關(guān)閉無(wú)線(xiàn)收發(fā)信機(jī)； 2)當(dāng)前信道的能量檢測(cè)ED； 3)接收鏈路質(zhì)量信息LQI； 4)空閑信道評(píng)估CCA； 5)信道頻率選擇； 6)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 2.2 各層主要功能 （2） MAC層MAC層負(fù)責(zé)處理所有的物理無(wú)線(xiàn)信道訪(fǎng)問(wèn)，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、同步信號(hào)；支持PAN連接和分離，提供兩個(gè)對(duì)等MAC實(shí)體之間可靠的鏈路。 MAC層內(nèi)容1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)； 2）與信標(biāo)同步； 3）支持PAN(個(gè)域網(wǎng))鏈路的建立和斷開(kāi)； 4）為設(shè)備的安全性提供支持； 5）信道接入方式采用免沖突載波檢測(cè)多址接入(CSMA

4、-CA)機(jī)制； 6）處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制； 7）在兩個(gè)對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。 2.2 各層主要功能 （3） 網(wǎng)絡(luò)層ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能。 網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)容1)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；2)網(wǎng)絡(luò)形成；3)允許設(shè)備連接；4)路由器初始化；5)設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；6)直接將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；7)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接；8)重新復(fù)位設(shè)備；9)接收機(jī)同步；10)信息庫(kù)維護(hù) 2.2 各層主要功能 （4） 應(yīng)用層ZigBee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和制造商所定義的應(yīng)用對(duì)象。Zi

5、gBee應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個(gè)重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對(duì)象。 應(yīng)用層內(nèi)容應(yīng)用支持子層（APS）的功能包括：維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送消息。ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）的功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(如ZigBee協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備)，發(fā)起和響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制。ZigBee設(shè)備對(duì)象還負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。 應(yīng)用程序框架（AF）：運(yùn)行在ZigBee協(xié)議棧上的應(yīng)用程序?qū)嶋H上就是廠商自定義的應(yīng)用對(duì)象，并且遵循規(guī)范（profile）運(yùn)行在端點(diǎn)1 240上。在ZigBee應(yīng)用中，提供2

6、種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類(lèi)型：鍵值對(duì)（KVP）或報(bào)文（MSG）。 ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)協(xié)議棧體系分層架構(gòu)與協(xié)議棧代碼文件夾對(duì)應(yīng)表如下： 2.3 各層參考模型 物理層物理層通過(guò)射頻固件和硬件提供MAC層與物理無(wú)線(xiàn)信道之間的接口；物理層包括物理層管理實(shí)體PLME，提供調(diào)用物理層管理功能的管理服務(wù)接口，并負(fù)責(zé)維護(hù)物理層PAN信息庫(kù)（PHY PIB）； 2.3 各層參考模型 物理層物理層通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)，通過(guò)物理層管理實(shí)體服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)提供物理層管理服務(wù)。 2.4 重要原語(yǔ) 原語(yǔ)概念ZigBee協(xié)議按照開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)的7層模型將協(xié)議分成了一系列的層結(jié)構(gòu)，各層之間通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)來(lái)提供服

7、務(wù)。這樣使得處于協(xié)議中的不同層能夠根據(jù)各自的功能進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)作，從而使整個(gè)協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)變得清晰明朗。另一方面，由于ZigBee協(xié)議棧是一個(gè)有機(jī)的整體，任何ZigBee設(shè)備要能夠正確無(wú)誤的工作，就要求協(xié)議棧各層之間共同協(xié)作。因此，層與層之問(wèn)的信息交互就顯得十分重要。ZigBee協(xié)議為了實(shí)現(xiàn)層與層之間的關(guān)聯(lián)，采用了稱(chēng)為服務(wù)“原語(yǔ)”的操作。利用下圖來(lái)說(shuō)明原語(yǔ)操作的概念。 2.4 重要原語(yǔ)服務(wù)由N用戶(hù)和N層之問(wèn)信息流的描述來(lái)指定。這個(gè)信息流由離散瞬時(shí)事件構(gòu)成，以提供服務(wù)的特征。每個(gè)事件由服務(wù)原語(yǔ)組成，它將在一個(gè)用戶(hù)的某一 層，通過(guò)與該層相關(guān)聯(lián)的層服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)A(SAP)與建立對(duì)等連接的用戶(hù)的相同層之間傳送。層與層之間的原語(yǔ)一般情況下可以分為4種類(lèi)型： 層與層之間的原語(yǔ)一般情況下可以分為4種類(lèi)型：請(qǐng)求：請(qǐng)求原語(yǔ)從NI用戶(hù)發(fā)送到它的N層，請(qǐng)求發(fā)起一個(gè)服務(wù)。上層向本層請(qǐng)求指定的服務(wù)； 指示：指示原語(yǔ)從N層到N2用戶(hù)，指示一個(gè)對(duì)N2用戶(hù)有重要意義外部N 層事件。這個(gè)事件可能與一個(gè)遠(yuǎn)程的服務(wù)請(qǐng)求有關(guān)，或者由內(nèi)部事件產(chǎn)生。本層發(fā)送