ZigBee协议框架的介绍特征

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（ PHY）、媒体接入控伟g层（MAC）、传输层（TL）. 网络层（NWK）和应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。而ZigBee联盟对网络层协议和应用框架进行了标准化。

1、物理层。ZigBee技术的物理层分2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。其中，2.4GHz是运行在2.4GHz工业、科学和医学频带上的;而868/915MHZ物理层，欧洲采用的是868MHz物理层，美国采用的是915MHz频带上，为避免被干扰，各个频段均采用直扩序列调制方式。可使用的信道分别有16、1、10个，各自提供250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，其传输范围介于10～100rn之间。它们除了在工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率方面存在差别之外，使用的均为相同的物理层数据包格式。

物理层的主要功能包括激活和休眠射频收发器、信道能量检测、信道接收数据包的链路质量指示、空闲信道评估和收发数据。

2、媒体接入控制层（MAC）。MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输。它的核心是信道接入技术，主要是指随机接入信道技术（ CSMA/CA）。这种机制就是模块仕厌述裂掂之痢乡臣监听rFl-逼，如果信道空闲就发送数据，否则就要延迟一段随机时间，然后再进行监听，这个退避的时间是呈指数增长的，但有一个最大值，即如果上一次退避之后再次监听信道忙，退避时间就要增倍，这样做的原因是如果多次监听信道都忙，就有可能表明信道上的数据量大，因此让模块等待更多的时间，以避免繁忙的监听。通过这种信道接入技术，所有模块竞争共享同一个信道。在MAC层当中还规定了两种信道接入模式，一种是信标（ Beacon）模式，另一种是非信标模式。在信标模式当中规定了一种“超帧”的格式，在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各模块以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，模块采用时分复用的方式接入信道，然后是非活跃时期，模块进入休眠状态，等待下一个超帧周期的开始又发送信标帧。而非信标模式则比较灵活，模块均以竞争方式接入信道，不需要周期性的发送信标帧。MAC子层功能具体是，协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步。

3、网络层。网络功能是ZigBee最重要的特点，也是与其他无线局域网标准不同的地方。在网络层方面，其主要。工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。在网络层中，ZigBee定义了3种角色：第一个是网络协调者，负责网络的建立以及网络位置的分配;第二个是路由器，主要负责找寻、建立及修复信息包的路由路径，并负责转送信息包;第三个是末端装置，只能选择加入他人已经形成的网络，可以收发信息，但不能转发信息，不具备路由功能。在同一个WPAN上，可以存在65536个ZigBee装置，彼此可通过多重跳点的方式传递信息。

ZigBee网络层的主要功能除了组建网络、加入网络和离开网络外，建立路由及路由算法是它的核心。目前ZigBee网络层主要支持树状路由和网状网路由这两种路由算法。树状路由是把整个网络看作是以协调器为根，整个网络由协调器建立，而协调器的子模块可以是路由器或者是末端模块，路由器的子模块也可以是路由器或者末端模块，而末端模块没有子模块。网状网路由是应用比较广泛的一种路由算法，可靠性很好，其主要依赖于多跳技术，多跳是指数据不断从一个模块跳到另一个模块。因为数据从一个模块不断被传送到另一个模块，又因为网状网络有好多模块，所以任何一个模块到另一个模块之间的路径总是不止一个。在模块加入网络后，这些模块和目的地模块之间就会自动生成路径，模块本身就能够建路由，只要发送信息，邻近信号收到信息后就转发出去。这个转发过程会逐个模块地重复下去，直到信息到达目的地为止。目的地模块提供的确认信号告诉始发模块，完全路径已建成，信息已成功抵达。

4、应用层。ZigBee应用层有3个组成部分，包括应用支持子层（APS）、应用框架（AF）和ZigBee设备对象（ZDO）。它们共同为各应用开发者提供统一的接口，规定了与应用相关的功能，如端点的规定、绑定、服务发现和设备发现等。

应用层是ZigBee技术为实际的应用提供一些应用框架模型。该层为用户应用进程间的数据通信提供接口，应用进程在调用应用层服务时，应该提供所有服务所需要的参数，然后由应用层服务将数据经过编码后，传给网络接口层对象，调用网络层数据传输服务把数据发送出去。在应用层收到来自通信端口的数据后，上传给应用层服务，由应用层服务根据服务报文中的目的应用进程标识ID，将接收到的数据传送到应用层中相应的用户应用进程，由用户应用进程对相应的参量进行更新和进一步处理。应用层的主要功能是定义设备在网络中的角色（如协调器和终端设备）、组建网络、发起和响应绑定请求、在绑定设备间传递消息等。

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