研究物联网：深入了解Zigbee协议架构与数据帧结构

上一篇整理了关于Zigbee协议的一些基础知识，接下来主要讨论Zigbee协议的架构，希望通过这篇文章能够帮助小伙伴们更好地理解Zigbee协议，废话不多说，进入正题吧。

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一、Zigbee协议架构

Zigbee协议的架构可以分为四层：

应用层（APS）

一部分是IEEE802.15.4定义的物理层和MAC层技术规范；另一部分是Zigbee联盟在IEEE802.15.4基础上对Zigbee协议的网络层协议和应用层定义的技术规范；

PHY层
1）ZigBee 设备的激活；
2）当前信道的能量检测；
3）接收链路服务质量信息；
4）ZigBee 信道接入方式；
5）信道频率选择；
6）数据传输和接收。
物理层定义了物理无线信道和MAC 子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。

MAC 层
1）网络协调器产生信标；
2）与信标同步；
3）支持PAN(个域网)链路的建立和断开；
4）为设备的安全性提供支持；
5）信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入（CSMA-CA）机制；
6）处理和维护保护时隙(GTS)机制；
7）在两个对等的MAC 实体之间提供一个可靠的通 信链路。

NWK层
1）产生网络层的数据包：当网络层接受到来自应用子层的数据包，网络层对数据包进行解析，然后加上适当的网络层包头向MAC传输。
2）网络拓扑的路由功能：网络层提供路由数据包的功能，如果包的目的节点是本节点的话，将该数据包向应用子层发送。如果不是，则将该数据包转发给路由表中下一结点。
3）配置新的器件参数：网络层能够配置合适的协议，比如建立新的协调器并发起建立网络或者加入一个已有的网络。

APS层
Zigbee应用层包括应用支持子层APS、应用框架AF、Zigbee设备对象ZDO。它们共同为各应用开发者提供统一的接口。
–应用支持子层APS
负责提供一个数据服务给应用和Zigbee设备规范。也提供一个管理服务以维护绑定链接和它字节绑定表的存储。应用框架AF提供了一个如何在Zigbee协议栈上及案例一个规范的描 述。它规定了规范的一系列的标准数据类型，协助服务发现的描述符，传输数据的帧格式等等。
–Zigbee设备对象ZDO
ZigBee设备对象(ZDO)定义了一个设备在网络中的角色 （协调器、路由器或者终端节点），发起或者应答绑定和发现请求，并在网络设备间建立一个安全关系。它同时也提供定义了Zigbee设备规范里的一套丰富的管理指令。

二、Zigbee协议的数据帧结构

在上面提到过Zigbee协议是在IEEE 802.15.4的基础上建立起来的，所以在了解Zigbee协议的数据帧格式之前，先让我们看看IEEE 802.15.4协议定义的数据帧结构，下图是其数据帧结构图。

由IEEE 802.15.4数据帧结构图可以看到各个帧结构的组成，IEEE802.15.4定义的数据帧有两层，MAC层数据帧嵌套在PHY层的数据域中：
SHR（同步帧头）：

PHR（物理层数据帧头）：

PSDU（物理层数据域）：

以上就是IEEE802.15.4协议定义的数据帧格式，Zigbee协议的数据帧格式其实就是在MAC层的数据域上增加了NWK、APS两层的数据帧，其数据帧格式结构图如下：

总结