ZigBee无线网络协议层

　　ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee的基础是IEEE 802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

　　ZigBee无线网络协议层

　　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。

　　ZigBee 无线网络协议层共分为 4 层，分别为 PHY 层，MAC 层，NWK 层和 APL层，各层作用的简单介绍如下。

　　1. PHY 层-硬件层

　　在 ZigBee 无线网络中，PHY 层位于协议层的最底层，是距离硬件最近的层，它直接控制并与无线收发器通信。PHY 层负责激活发送或接受数据包的无线设备。PHY 层还选择信道的频率并确保该频道当前没有被任何一个其他网络中的设备所使用。

　　作用：启动和禁用射频收发器、传输和接收数据包、选择信道频率、执行能量检测、CCA、产生LQI。

　　2. MAC 层-介质访问控制层

　　MAC 层为 PHY 层和 NWK 层提供了接口，它负责产生信标和为信标（beacon-enabled 网络）同步设备，MAC 层还提供建立连接和解除连接的服务。

　　作用：如果是协调器可以产生信标、使用信标，同步执行CSMA-CA、处理GTS，在两个对等MAC实体之间（不同设备）提供可靠的链接、PAN关联和接触关联的服务、安全支持。

　　3. NWK 层-网络层功能

　　NWK 层接口负责管理网络形成和路径选择。路径选择就是选择将信息转发到目标设备的路径。ZigBee coordinator 和 router 负责发现和维护网络中的路径，ZigBee 终端设备不能执行发现路径。ZigBee coordinator 或者 router 将代表终端执行路径发现，ZigBee coordinator 的 NWK 层负责建立一个新的网络和选择网络拓扑（树型，星型，或网状网络拓扑），ZigBee coordinator 还为网络中的设备分配网络地址。

　　作用：配置一个新的设备，例如，把新的设备配置成zigbee协调器，或者尝试加入一个已经存在的网络、启动新的网络、加入或者离开一个网络、执行网络安全、路由信息帧到它们的目的地。（协调器或者路由器）、发现和维护设备间的路由、发现单跳邻居，并存储它们的信息（单跳设备不需要中继服务）、分配地址给假如网络的设备（协调器或路由器）

　　4. APL 层-应用层

　　APL 层是 ZigBee 无线网络中的最高协议层并且管理应用对象。生产商开发应用对象来为各种应用定制一款设备，在 ZigBee 设备中，应用对象控制和管理协议层，单个的设备中最多可以有 240 个应用对象。

　　在开发一个应用时，ZigBee 标准提供了使用应用框架的选择。应用框架是一系列关于特定应用消息格式和处理动作的协议。使用应用框架可以使不同供应商开发的同一款应用的产品之间有更好的互操作性。

　　包括APS应用支持子层、ZDO设备对象、AF应用框架。

　　APS：保存绑定表、在相互绑定设备之间传送消息、管理组地址、映射64位IEEE地址到16位网络短地址、提供可靠数据传输

　　ZDO：定义网络角色（协调器，路由器或终端设备）、发现网络中的设备及其应用，初始化或响应绑定请求、执行安全相关任务

　　AF：应用对象运行的环境、一些缩写的解释、CCA 空闲信道评估、LQI 链路质量指标、CSMA-CA 避免冲突的载波侦听多路访问、GTS 确定时隙、PAN 个人局域网