ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和"嗡嗡"(zig)地抖动翅膀的"舞蹈"来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4.,由Honeywell公司组成的ZigBee Alliance制定,从1998年开始发展,于2001年向电机电子工程师学会(IEEE)提案纳入IEEE 802.15.4标准规范之中,自此将ZigBee技术渐渐成为各业界共同通用的低速短距无线通讯技术之一。
ZigBee协议栈建立在 IEEE 802.15 .4 的PHY层和 子层规范之上,实现了网络层(networklayerNWK)和应用层 MAC (applicationlayerAPL)。
ZigBee的体系结构由称为层的各模块组成。每一层为其上层提供特定的服务:即由数据服务实体提供数据传输服务;管理实体提供所有的其他管理服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(S AP )为其上层提供一个接口,每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。Zi gB ee协议的体系结构如下图所示:
1、物理层(P H Y)
物理层定义了物理无线信道和M AC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 )Zig B ee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 )Zig B ee信道接入方式;
5)信道频率选择;
6)数据传输和接收。
2、介质接入控制子层(M AC)
M AC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P AN连接和分离,提供两个对等M AC实体之间可靠的链路。
M AC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(C SM A-C A)机制;
6)处理和维护保护时隙(GT S )机制;
7)在两个对等的M AC实体之间提供一个可靠的通信链路。
3、网络层(NW K)
Zi gB ee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。
4、应用层(AP L)
Zi gB ee应用层框架包括应用支持层(AP S )、Zi gBee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。
5、应用程序框架(AF)
运行在Zig B ee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(pro fi l e)运行在端点1 ~ 24 0上。在Zi gB ee应用中,提供2种标准服务类型:键值对(K VP)或报文(MS G)。
6、ZigBee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会调用配置对象获取相应描述符值。