ZigBee学习笔记1

1.Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，Zigbee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
无线传感网络的无线通信技术可以采用Zigbee技术、蓝牙、WI-FI和红外等技术。


2.Zigbee的特点
-数据传输速率低：10kb/s ~ 250kb/s，专注于低传输应用
-功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月
-成本低：Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本
-网络容量大：网络可容纳65000个设备
-时延短：通常时延都在15ms~30ms
-安全：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。


3.Zigbee是建立在IEEE 802.15.4标准之上，由于IEEE 802.15.4标准只定义了物理层协议和MAC层协议，于是成立了Zigbee联盟，Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，还开发了安全层。经过Zigbee联盟对IEEE 802,.15.4的改进，这才真正形成了Zigbee协议栈（Zstack）.


4.协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反映了网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。
Zigbee联盟制定了Zigbee规范，Zigbee协议规范使用了IEEE 802.15.4定义的物理层（PHY）和媒体介质访问层（MAC），并在此基础上定义了网络层（NWK）和应用层(APL)架构。


5.Zigbee的计术特性决定它将是无线传感器网络的最好选择，广泛用于物联网，自动控制和监视等诸多领域。


6.CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8kB RAM,32/64/128/256kb闪存，以及其他强大的支持功能和外设。
CC2530 提供了 101dB 的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模
式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集 —包括 2 个 USART、12 位 ADC 和 21 个通用 GPIO，以及更多。除了通过优秀的 RF 性能、选择性和业界标准增强 8051MCU 内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530 还可以配备 TI 的一个标准兼容或专有的网络协议栈（ RemoTI，Z-Stack，或 SimpliciTI）来简化开发，使你更快的获得市场。 CC2530 可以用于的应用包括远程控制、 消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。


7.Z-Stack 只是 ZigBee 协议的一种具体的实现，我们要澄清的是 ZigBee 不仅仅有 Z-Stack 这一种，也不能把 Z-Stack 等同于 ZigBee 协议，现在也有好几个真正开源的 ZigBee 协议栈，例如：msstatePAN 协议栈， freakz 协议栈，这些都是 ZigBee 协议的具体实现，而且是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到，而 Z-Stack 中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和 Mesh 自组网模块。 那些真正开源的 ZigBee 协议栈没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和 TI 公司的还是有很大的差距。


8.IEEE 802.15.4（LR-WPAN）是一个低速率无线个人局域网标准。该标准定义了物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）.这种低速率无线个人局域网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、极低的成本、合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。


9.IEEE 802.15.4（LR-WPAN）网络具有如下特点：
-实现 250kb/s， 40kb/s， 20kb/s 三种传输速率。
-支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。
-具有 16 位短地址或者 64 位扩展地址
-支持冲突避免载波多路侦听技术(carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA)。
-用于可靠传输的全应答协议。
-低功耗。
-能量检测(Energy Detection， ED)。
-链路质量指示(Link Quality Indication， LQI)
-在 2450MHz 频带内定义了 16 个通道；在 915MHz 频带内定义了 10 个通道；在 868MHz 频带内定义了 1 个通道。


10.为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备， IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full． functional device， FFD)，另一种是简化功能设备(reduced． functional device， RFD)。


11.ZigBee 协议栈建立在 IEEE 802． 15 4 的 PHY 层和 MAC 子层规范之上。它实现了网络层(networklayer，NWK)和应用层(applicationlayer，APL)。在应用层内提供了应用支持子层(applicationsupport sub—layer， APS)和 ZigBee 设备对象(ZigBee Device Object， ZDO)。应用框架中则加入了用户自定义的应用对象.


12.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（SAP）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。Zigbee协议的体系结构如图所示。


13.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：
-zigbee的激活
-当前信道的能量检测
-接收链路服务质量信息
-zigbee信道接入方式
-信道频率选择
-数据传输和接收


14.介质接入控制子层（MAC）
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：
-网络协调器产生信标
-与信标同步
-支持PAN（）链路的建立和断开
-为设备的安全性提供支持
-信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入（CSMA-CA）机制
-处理和维护保护时隙（GTS）机制
-在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路


15.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：
-网络发现
-网络形成
-允许设备连接
-路由器初始化
-设备同网络连接
-直接将设备同网络连接
-断开网络连接
-重新复位设备
-接收机同步
-信息库维护


16.应用层（APL）
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。


17.应用程序框架（AF）
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）。


18.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。


19.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。


20.注意：在 ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0 中一个设备的类型通常在编译的时候通过编译选项确定。所有的应用例子都提供独立的项目文件来编译每一种设备类型。 对于协调器，在 Workspace 区域的下拉菜单中选择 CoordinatorEB-Pro；对于路由器，在 Workspace 区域的下拉菜单中选择RouterEB-Pro；对于终端设备，在 Workspace 区域的下拉菜单中选择 EndDeviceEB-Pro。


21.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。


22.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。


23.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。