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OSIRM)一样采用分层模型,具体分层情况见图2.3.最低两层是由IEEE802.15.4标准所定义,其他层则是有ZigBee联盟所定义:1.物理层(PhysicalLayer,PHY)是IEEE802.15.4标准中定义的最低一层[16].它包括两个物理子层,分别工作在868/915MHz和2.4GMHz不同的频率范围上.物理层的职责包括:ZigBee的激活与钝化,当前信道的能量检测:接受链路服务质量信息,ZigBee的信道接入方式,信道频率选择以及数据传输和接收等.
2.数据链路层(MediumAccessControlLayer,MAC)是由IEEE802.15.4标准所定义[16].MAC层的职责包括:网络协调器产生网络信标,与信标同步,支持个域网(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等.
3.网络层(NetworkLayer,NWK)是由ZigBee联盟所定义,主要完成从应用层接受数据并向其发送数据.网络层的职责包括:设备连接和断开网络时所采用的机制,帧信息在传输过程中所采用的安全性机制,设备之间的路由发现和路由维护和转交,完成对一跳邻居设备的发现和相关节点信息的存储.网络层的主要功能是提供IEEE802.15.4-2003MAC子层的正确操作,并通过SAP(服务接入点)为应用层提供适当的服务接口.为了与应用层进行接口,网络层从概念上包含有两种具备所需功能的服务实体:数据实体困LDE)主要是通过其相应的SAP(即NLDE-SAP)提供数据传输服务,管理实体州LME)则主要通过NLME-SAP来提供访问内部层参数,配置和管理数据的机制度.
4.应用层(ApplicationLayer,APL)是ZigBee协议栈的最高层.应用层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上,具体而言,应用层包括以下几点功能:用应用维持器件的功能属性,用应用层发现该器件工作空间中其他器件的工作,应用层根据服务和需求来使多个器件之间进行通信,应用层主要根据具体应用由用户开发.它包括应用支持层(ApplicationSupportLayer,APS),ZigBee设备对象(ZigBeeDeviceObject,ZDO)和应用对象(ApplicationObject).
1)应用支持层(ApplicationSupportLayer,APS)提供两个接口:应用支持层管理实体服务接入点(APSManagementEntityServiceAccessPoint,APSME-SAP)和应用支持层数据实体服务接入点(APSDataEntityServiceAccessPoint,APSDE-SAP).前者用于实现安全性并通过协调器的ZDO来接受应用层的信息,后者通过应用对象和ZDO来发送数据[17].
2)ZigBee设备对象(ZigBeeDeviceObject,ZDO)为应用对象提供接口来发现其它设备和服务.另外,ZDO还回复其它设备关于询问自身信息的请求.ZDO使用APSDE-SAP和NLME-SAP来支持这些功能[17].
3)应用对象.(ApplicationObject)是实际在ZigBee协议栈上运行的厂商应用[17].
另外在上述分层结构中,一个安全服务提供者是可选的并供网路层和应用层所使用.基于IEEE802.15.4对设备的分类,ZigBee协议对设备也做了更细的分类,具体分类见表2.2[18]
表2.2ZigBee协议设备类型
ZigBee协议设备类型IEEE设备类型功能协调器(Coordinater)FFD每个网络分配一个协调器,用于组网,分配网络地址,存储绑定表路由器(Router)FFD可选.用于扩展网络的物理地址.允许更多节点加入网络,也可以提供监视和控制功能终端(End)FFD或RFD执行监视和控制功能ZigBee协议栈API
典型的应用程序总是使用应用层(APL)和应用支持层(APS)的API.下面就这两层API中重要的一部分作下介绍.
应用层(APL)API
1.voidAPLDisable(void),
函数说明:关闭收发器.
函数用途:这个功能仅仅是提供给终端(盯D)在休眠中保存电力用的.
2.voidAPLDiseard(void):
函数说明:丢弃当前接受到的消息.
函数用途:当当前消息己经接受完全时,调用此函数.
3.voidAPLEnable(void):
函数说明:激活收发器.
函数用途:当终端(盯D)从休眠中唤醒时,调用此函数.
4.BYTEAPLGet(void),
函数说明:解析当前收到消息中的一个字节.
5.BYTEAPLGetTransld(void),
函数说明:解析出下一个APS事务的标识符的值.
6.voidZigBeelnit(void):
函数说明:初始化ZigBee协议栈.
函数用途:该函数必须在其他所有协议栈函数调用之前调用.所有硬件针脚的设置和方向也必须在此函数调用之前配置好.
7.voidZigBeeBloekTx(void):
函数说明:锁住传输缓存.
函数用途:当调用ZigBeeReady()函数来确认传输缓存(TxBuffer)是否可以使用之后,调用该函数来使得以后调用ZigBeeReady()函数时,都返回FALSE.
8.BOOLZigBeeReady(void),
函数说明:判断协议栈是否准备好去初始化一个将要发出的消息.
9.BOOLZigBeeTasks(ZIGBEEeePRIMITIVE*Primitive),
函数说明:用于控制协议栈的操作.当前要执行的原语必须放入参数*primitive中.
应用支持层(APS)API
1.BOOLAPSHasBackgroundTasks(void)
函数说明:判断APS层是否有后台任务要运行.
2.voidAPShiit(void)
函数说明:初始化所有APS层的数据结构.
3.ZIGBEE_PRIMITIVEAPSTasks(ZIGBEE_PRIMITIVEinPutPrimitive)
基于ZigBee协议的无线温度传感器网络的设计和实现
函数说明:执行给定的Zighee原语,返回下一个要执行的原语.
4.BYTEAPSAddBindinglnfo(SHORT一DDRsreAddr,BYTEsreEP,BYTEelusterID,SHORTesADDRdestAddr,BYTEdestEP)
函数说明:创建或更新一个绑定记录.
5.BYTEAPSGet(void)
函数说明:返回msdu中的下一个byte.
6.BYTEAPSRemoveBindinglnfo(SHORTesADDRsreAddr,BYTEsrcEP,BYTEclusterID,SHORT_ADDRdestAddr,BYTEdestEP)
函数说明:删除一个绑定记录.
7.BYTELookuPAPSAddress(LONGweADDR*longAddr)
函数说明:通过给定的长地址,在妙S地址中寻找对应的短地址.
8.BYTELookuPSoureeBindinglnfo(SHORTesADDRsreAddr,BYTEsreEP,BYTEelusterID)
函数说明:寻找匹配源地址的绑定表中的记录.
9.voidRemoveAllBindings(SHORTee人DDRshortAddr)
函数说明:清除所有源地址的绑定记录.
原语的概念
在ZigBee设备工作时,各种不同的任务在不同层次上执行,通过层的服务,完成所要执行的任务.每一层的服务主要完成两种功能:根据它的下层服务要求,为上层提供相应的服务,另一种是根据上层的服务要求,对它的下层提供相应的服务.各项服务通过原语来实现,如图2.3描述了一个具有N个用户的网络中,两个对等用户以及它们与M层对等协议实体建立连接的服务原语.
原语通常分为以下4种类型:
(1)Request:请求原语是从第N1用户发送到它的第M层,请求服务开始.
(2)Indication:指示原语是从第N,用户的第M层向第N:用户发送,指示对于第N:用户有重要意义的内部M层的事件.
(3)Response:响应原语是从第N2用户向它的第M层发送,用来表示对用户执行上一条原语调用过程的响应.
(4)Confirm:确认原语是从第M层向第N1用户发送,用来传送一个或多个前面服务请求原语的执行结果.
网络拓扑结
在ZigBee网络中的节点有三种不同的网络拓扑结构:星型,树型和网状[28].其中最简单的是星型结构,如图
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