我见过的最简单易懂的ZigBee协议栈分析

ZigBee技术是物联网领域中最常用的无线技术之一. 如果我们要基于ZigBee技术进行物联网应用zigbee协议栈是什么，最好是对ZigBee协议栈有一个基本的了解. 本文对ZigBee协议栈进行了简单明了的介绍.

概述

本文将介绍的ZigBee协议栈是ZigBee2007，它也是业界最常用的标准版本. 要了解ZigBee协议栈的发展，您可以参加“了解Zigbee在5分钟内的过去和现在”.

ZigBee协议栈可以分为四层: 物理层（PHY），媒体访问控制层（MAC），网络层（NWK）和应用程序层（APL）. 如图所示，粉红色部分由IEEE标准定义，浅蓝色部分由ZigBee Alliance定义，部分由设备制造商定义.

ZigBee协议栈图标

在ZigBee协议栈的图中，我们还可以找到许多带有单词SAP的圆角矩形. SAP表示服务访问点，它是协议堆栈各层之间的接口. 协议栈都是分层结构的，接口是各层之间的通信通道.

协议栈的相邻上，下层之间通常有两个接口，即两个SAP. 名称中带有字母D的SAP是数据接口，负责层之间的数据传输. 名称中带有字母M的SAP是用于控制该层的高层或协议栈的管理平面的管理接口，例如配置一些参数或读取Take状态等.

PHY＆MAC＆NWK

ZigBee2007协议栈的物理层和MAC层在IEEE802.5.14-2003标准中定义. PHY层（物理层）指定了所使用的频带，以及所使用的无线传输技术，例如编码，调制，扩频和频率调制；对于物理层，有一种方法可以实现点对点信号的发送和接收. 其基础是没有物理层协议，也没有在设备之间进行通信的方法，并且可能不在相同的频带.

MAC层的主要作用是指定无线通道的访问控制机制，即指定每个设备依次使用该通道的规则；如果没有MAC层协议zigbee协议栈是什么，如果节点太多，每个人都没有规则，则会发生信号冲突. 没有人可以正常传输数据.

ZigBee协议栈基于802.15.4协议定义网络层. 网络层的主要作用是负责设备的连接和断开，帧数据传输，路由发现和维护期间采用的安全机制. 简而言之，就是要确保设备之间的网络和网络节点之间的数据传输. ZigBee技术支持多跳路由，可以实现不同的网络拓扑，例如星形拓扑，树形拓扑和网状拓扑.

PHY＆MAC＆NWK的三层协议主要用于上面的应用层服务. 在产品开发过程中，无需深入研究这三层协议的实现细节. 应用层是开发关注的一部分.

应用层

ZigBee的应用程序层分为三个部分: 应用程序框架，应用程序支持子层（APS）和ZigBee设备对象（ZDO）. 该应用程序框架包含至少一个应用程序对象，即ZigBee设备的应用程序，这是ZigBee产品开发人员要实现的部分.

应用程序支持子层APS参考模型

除了接口以外，实体的概念经常在协议栈中遇到. 所谓的实体是协议栈中数据传输或接收的基本组件，可以是软件或硬件，具体与协议的实现有关. 协议的每一层都由一个或多个实体组成.

应用程序支持子层（APS）包括数据实体（APSDE）和管理实体（APSME），它们的作用是为上层提供数据传输和管理配置服务. 应用程序支持子层将应用程序框架和网络层隔离开来，并为应用程序的运行提供支持.

APS和应用程序之间的数据接口是APSDE-SAP，它可以支持多达240个应用程序对象，并且这些应用程序对象通过端点（EndPoint）连接. 每个端点都有一个数字，端点0是特殊的，并连接到ZDO. 应用程序的端点号从1开始，一直到240. ZigBee设备（例如无线交换机，无线灯等）通常使用1到3个端点.

ZigBee设备对象（ZDO）可以被视为满足其他应用程序对象的一般需求的特殊应用程序对象.

在ZigBee设备中，ZDO充当管家的角色，并跨多个层管理事物. ZDO的任务包括: 协议栈初始化，例如APS和NWK层以及安全服务的初始化；并且应用程序必须使用ZDO来执行管理任务，例如设备发现，服务发现，安全管理，网络管理和绑定管理.

应用程序开发

上述ZigBee协议栈是ZigBee联盟制定的协议规范. ZigBee产业链中的所有制造商都必须按照此规范开发产品，以确保其产品的兼容性，尤其是上游芯片制造商. 只有按照规格做事，每个人都可以放心购买.

ZigBee芯片制造商通常还是开发工具链的提供商和ZigBee协议的开发商. ZigBee联盟仅告诉每个人协议的内容，但尚未执行. 为了使下游设备制造商更方便地开发产品，ZigBee芯片制造商不仅必须提供该芯片，而且还必须提供基于该芯片的整套ZigBee协议栈，还必须包括协议栈的开发接口，即SDK.

例如，TI的Z-Stack是ZigBee设备制造商在早期使用最多的ZigBee协议栈. 但是现在有更多的公司提供芯片和协议栈. 除TI外，还有飞思卡尔，Ember和Jennic等芯片制造商. 每个芯片制造商都有自己的独立协议栈，而设备制造商则有更多选择.

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