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解析ZigBee堆栈架构
文章来源: 电子工程专辑 文章作者: Rogelio Reyna Garcia 发布时间: 2006-01-10   字体: [ ]  
 

  引言:ZigBee标准定义了一种堆栈协议,这种协议能够确保无线设备在低成本、低功耗和低数据速率网络中的互操作性。本文简要说明ZigBee标准中规定的ZigBee堆栈结构。

图1: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给出了这些组件的概况。

  ZigBee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)。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。

  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2就是设备及其接口的一个例子:

  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。

  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。

 
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