ZigBee協(xié)議分享系列第一集
ZigBee協(xié)議憑借其在低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò)方面的優(yōu)勢，ZigBee技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場景，在智能家居、智能燈控上有著不可忽視的優(yōu)勢，本期視頻介紹ZigBee協(xié)議棧各個層級的作用以及如何與上層進行通訊的。
ZigBee協(xié)議棧一般分為5層，分別是物理層、Mac層，網(wǎng)絡(luò)層（NWK），APS層以及應(yīng)用（APP），每層都能接收來自下層的數(shù)據(jù)和事件通知并提供API供上層調(diào)用其服務(wù)，這種分層結(jié)構(gòu)確保了各部分間職責明確、模塊化設(shè)計，使得整個通信過程高效而有序。每層的具體功能作用如下：
物理層主要負責將Mac層傳輸過來的數(shù)據(jù)包調(diào)制成無線信號，并將其發(fā)送出去，以及接收特定的無線信號并將其還原成數(shù)據(jù)包并在Mac層需要數(shù)據(jù)時傳輸給Mac層進行下一步數(shù)據(jù)處理，物理層還規(guī)定無線傳輸可能使用的頻段為868（歐洲頻段）、915（美國頻段）以及2.4G全球頻段，在國內(nèi)一般使用2.4G全球頻段。同時，物理層規(guī)定2.4G頻段使用O-QPSK調(diào)制方式，915和868使用BPSK調(diào)制技術(shù)，O-QPSK調(diào)制抗干擾能力良好，通訊速率較高，BPSK則在較低頻數(shù)據(jù)且傳輸距離較遠的應(yīng)用場景中更加常見。
Mac層主要有三部分功能，首先Mac層負責從網(wǎng)絡(luò)層接收數(shù)據(jù)并將其封裝成一定格式的數(shù)據(jù)包，包括幀頭、地址、控制字段、有效載荷以及校驗等部分，并將其發(fā)送給下一層進行無線發(fā)送。其次Mac層負責數(shù)據(jù)認證加密以及數(shù)據(jù)確認，以保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可靠，不被其他未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備截取或篡改，此外Mac層還負責節(jié)點與協(xié)調(diào)器、路由建立聯(lián)系并進行必要的身份驗證和秘鑰交換，管理和識別設(shè)備長短地址及廣播、組播地址的使用。最后，Mac層還負責解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)沖突，一般使用CSMA/CA算法，即發(fā)送數(shù)據(jù)前檢測信道是否空閑如果信道空閑就將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，否則就隨機延遲一段時間后再嘗試發(fā)送。當Mac層收到上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后會根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容將數(shù)據(jù)按照幀頭、目標地址等格式進行封裝并傳遞至物理層發(fā)送，當收到物理層數(shù)據(jù)包時，Mac進行解包并送往上層進行處理。
網(wǎng)絡(luò)層在ZigBee協(xié)議棧中，主要負責處理節(jié)點件的通信以及維護整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能，確保數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中正確的路由和傳輸，主要是以下功能：
1、允許建立新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)并分配PANID（網(wǎng)絡(luò)標識符）和網(wǎng)絡(luò)地址給新節(jié)點以及地址映射來確定目的地址。
2、管理設(shè)備的角色狀態(tài)并允許節(jié)點在協(xié)調(diào)器、路由及終端之間切換。
3、負責存儲路由表并根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目標節(jié)點。
4、提供故障檢測及網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制，如監(jiān)測節(jié)點活動、處理網(wǎng)絡(luò)故障報告等。當網(wǎng)絡(luò)層接收到來自上層的數(shù)據(jù)時，會將數(shù)據(jù)進一步處理并選擇合適的路由路徑，再將處理好的數(shù)據(jù)傳輸給Mac層進一步處理和傳輸。
APS層連接了底層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和上層應(yīng)用程序。APS層的主要功能是提供一個端到端的數(shù)據(jù)傳輸，使應(yīng)用層無需關(guān)注路由選擇和物理層的細節(jié)，在源節(jié)點和目標節(jié)點之間建立了一個直接聯(lián)通的虛擬通道，并且處理來自下層網(wǎng)絡(luò)層的通知和事件，并將其轉(zhuǎn)換為應(yīng)用層可直接使用的形式，同時也向網(wǎng)絡(luò)層傳遞來自應(yīng)用層的請求和指令。
應(yīng)用層定義了具體應(yīng)用場景下的設(shè)備行為和數(shù)據(jù)交換格式，從而實現(xiàn)設(shè)備的特定功能，通過與APS層交互，請求發(fā)送數(shù)據(jù)或響應(yīng)接收到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能設(shè)備之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)交換。
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