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Zigbee概述
luker | 2016-02-24 13:44:15    阅读:357   发布文章
Zigbee技术是一种极低复杂度、低成本、低功耗、低速率的无线连接技术,应用低速率无线个人区域网(LR-WPAN)。
       LR-WPAN的特征:
  1. 传输速率分为250kb/s、40kb/s、20kb/s;
  2. 星型或对等网络拓扑结构;
  3. 设备有16位短地址和64位长地址;
  4. 保证时隙(GTS)的分配;
  5. CSMA-CA的信道接入;
  6. 为保证可靠性传输的完全答应机制;
  7. 低功率;
  8. 能量检测;
  9. 链路质量标识;

LR-WPAN中设备的分类:

LR-WPAN中包含两种不同类型的设备:全功能设备(FFD)和简单功能设备(RFD)。
FFD:全功能设备可作为整个PAN中的网络协调器、路由器或终端。FFD可以和RFD或者FFD通信,而RFD只能与FFD通信。
RFD:简单功能设备在PAN中主要是一个终端,不能传输大规模的数据,同一时刻只能和一个FFD联系。

       Zigbee栈体系结构是基于标准开放网络互联(OSI)七层协议模型。IEEE802.15.4定义了物理层(PHY层)和MAC层。Zigbee联盟提供网络层和应用层结构。
  • PHY层
       IEEE802.15.4-2003有两个物理层,分别操作与两个分离的频率范围:868/915MHz和2.4GHz。我们将包含欧洲频段(868MHz)和美国、澳大利亚等使用的915MHz频段的物理层称为低频率物理层;包含2.4GHz的物理层称为高频率物理层。高频率物理层供全世界使用。
  • MAC层
       控制使用CSMA-CA机制接入到无线信道,也可包括传输信标帧、同步和提供可靠的传输机制。
  • 网络层
       Zigbee的网络层的工作包括加入和离开一个网络所用到的机制、应用帧安全机制和他们的目的路由帧机制。一条邻居的发现和设备中路由的发现和维护也移交到网络层。另外,协调器节点的网络层负责建立一个新的网络,分配地址到新的相关设备。Zigbee网络层支持星型、树状和网状拓扑结构。
  •  应用层
       Zigbee应用层包括APS应用框架、ZDO和制造商定义的应用对象。APS子层的责任包括维护绑定表,绑定表只要根据设备之间的服务和他们的需求使它们相互匹配,同时在设备之间转发信息。ZDO负责定义设备在网络中得角色,发现设备和决定它们提供那种服务,发或相应绑定请求,在设备之间建立安全关联。

网络拓扑结构
LR-WPAN有两种拓扑结构:星型拓扑结构和对等拓扑结构。
运行在任何一种拓扑结构中得设备都应当有其独一无二的64位扩展地址,这个地址在PAN中用于直接通信,或者当设备同协调器连接后,用它与PAN协调器分配给他的短地址进行交换。
星型拓扑结构
  • 在星型拓扑结构中,通信是在设备和一个中心协调器之间进行。设备可以作为发起设备,也可以是终端设备。协调器是一个特殊的应用设备,可以作为发起设备、终端设备或作为路由器。PAN协调器是PAN中的控制设备。
  • 当FFD被激活后,他就建立一个自己的网络,并作为PAN协调器。所有的星型网络和其他的星型网络都各自独立运行。通过选择一个PAN标识符可以实现该星星网络的唯一性。当选定PAN标识符以后,PAN协调器就可以允许其他设备(FFD或RFD)加入到该网络中。
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对等网络拓扑结构
  • 对等网络与星星网络的不同之处在于:网络中的任意一个设备只要在其他设备的通信范围内,该设备之间就能直接通信,不必通过协调器中转。在网络中一个设备发送的信息通过多跳路由以后可以到达任何一个其他的设备。
  • 协调器被激活时,把自己作为簇头,选择一个没有被使用的标识符后广播信标帧给邻近的其他设备。其他设备收到信标帧后请求在簇头处加入网络。如果PAN协调器允许此设备加入,就把给设备作为子设备添加到邻居表中。而新加入的设备把簇头作为父设备添加到自己的邻居表中,并开始发送周期性信标,其他的设备可通过这个新加入的设备加入到网络当中。
  • 一旦需要实现组网,PAN协调器就会指定一个设备作为其相邻簇的簇头,与其他设备逐渐地连接形成一个多簇的网络结构。多簇结构增大了网络的覆盖区域,但同时也增加了通信的延时。
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