ZigBee 網路層概況

2021-06-26 20:09:34 字數 3110 閱讀 1102

1.zigbee體系結構

zigbee技術作為一種無線感測網路的通訊協議,按照7層osi(open system interconnect reference model)開放系統互連參考模型來建立,每一層為上層提供一系列特殊的服務,資料實體提供資料傳輸服務,管理實體則提供所有其他的服務。所有的服務實體通過服務接入點(server access point,sap)為上層提供乙個介面,每個sap都支援一定數量的服務原語來實現所需要的功能。

zigbee網路層主要功能包括裝置連線和斷開網路裡所採用的機制,以及在幀資訊傳輸過程中所採用的安全性機制。此外,還包括裝置之間的路由發現和路由維護和轉交。並且,網路層對一跳(one-hop)鄰居裝置的發現和相關結點資訊的儲存。乙個zigbee協調器建立乙個新的網路,為新加入的裝置分配短位址等。

zigbee應用層由應用支援層、zigbee裝置和製造商所定義的應用 物件組成。應用支援層的功能 包括:維護繫結表在繫結的裝置之間傳送訊息。所謂繫結就是基於兩台裝置的服務和需求將它們匹配地連線越來。zigbee裝置物件的功能包括:定義裝置在網路中的角色(zigbee協調器和終端裝置),發起和響應繫結請求,在網路裝置之間建立安全機制。zigbee裝置物件還負責發現網路中的裝置,並且決定向他們提供何種應用服務。

從應用的角度看,通訊的本質就是端點到端點的連線。端點之間的通訊是通過稱之為串的資料結構實現的,這些串是應用物件之間共享資訊所需要的全部屬性的容器。每個介面都能接收或傳送串格式的資料。一共有2個特殊的端點,即端點0與端點255.端點0用於整個zigbee裝置的配置和管理。應用程式可以通過端點0與zigbee堆疊的其他層通訊,從而實現對這些層的初始化和配置。附屬在端點0的物件被稱為zigbee裝置物件zdo。端點255用於向所有的端點廣播。端點241—254是保留端點。

所有的端點都使用應用支援子層aps提供的服務。aps通過網路層和安全服務提供層與端點的連線,並為資料傳送、安全和繫結提供服務,因此能夠適配不同但相容的裝置,aps使用網路層nwk提供的服務。nwk負責裝置到裝置的通訊,並負責網路中裝置初始化所包含的活動、訊息路由和網路發現。應用層可以通過zigbee裝置物件zdo對網路層引數進行配置和訪問。

zigbee協調器是啟動和配置網路的一種裝置。協調器可以保持間接定址用來繫結**,支援關聯,同時還能設計信任中心和執行其他的活動。協調器負責網路正常工作以及保持同網路其他裝置的通訊。乙個zigbee網路只允許有乙個zigbee協調器

zigbee路由器是一種支援關聯的裝置,能夠將訊息**到其他裝置。zigbee網路或樹形網路可以有多個zigbee路由器,zigbee星型網路不支援zigbee路由器

zigbee終端裝置可以執行它的相關功能,並使用zigbee網路到達其他需要與其通訊的裝置它有儲存容量要求最小。

上述3種裝置根據功能完整性可以分為全功能(ffd)裝置和半功能(rfd)裝置。其中,全功能裝置可用作協調器,路由器和終端裝置,而半功能裝置只能用作終端裝置。乙個全功能裝置可與多個rfd裝置或多個其他ffd裝置通訊,而乙個半功能裝置只能與乙個ffd通訊。然而需要特別注意的是,網路的特定架構會戲劇性地影響裝置所需要資源,nwk支援的網路拓撲有星形樹型和網路型。這三種裝置只是在安裝在上面的協議的不同,裝置是相同。

2. 網路拓撲結構

zigbee網路層支援星型、樹型和網狀型拓撲結構。在星型拓撲結構中,整個網路由乙個稱為zigbee協調器(zigbee coordinator)的裝置來控制。zigbee協調器負責發起和維持網路正常工作,保持同網路終端裝置通訊。在網狀型和樹型拓撲結構中,zigbee協調器負責啟動網路以及選擇關鍵的網路引數,同時,也可以使用zigbee路由器來擴充套件網路結構。在樹型網路中,路由器採用分組路由策略來傳送資料和控制資訊。樹型網路可以採用基於信標的方式進行通訊,。網狀型網路中,裝置之間使用完全對等的通訊方式。在網狀網路中,zigbee路由器將不傳送通訊信標。

3.網路層功能

zigbee網路層的主要功能就是提供一些必要的函式,確保zigbee的mac層正常工作,並且為應用層提供合適的服務介面。為了向應用層提供其介面,網路層提供了兩個必要的功能服務實體,它們分別為資料服務實體和管理服務實體。網路層資料實體(nlde)通過網路層資料褲腰服務接入點(nlde-sap)提供資料傳輸服務,網路層管理實體(nlme)通過網路層管理褲腰服務接入點(nlme-sap)提供網路管理服務,網路層管理實體利用網路層資料實體完成一些網路的管理工作,並且,網路層管理實體完成對網路資訊庫(nib)的維護和管理,

1.網路層資料實體

網路層資料實體為資料提供服務,在兩個或者更多的裝置之間傳送資料時,將按照應用協議資料單元(apdu)的格式進行傳送,並且這些裝置必須在同乙個網路中,即在同乙個內部個域網中。

網路層資料實體提供如下服務: ①

生成網路層協議資料單元(npdu),網路層資料實體通過增加乙個適當的協議頭,從應用支援層協議資料單元中生成網路層的資料單元 ②

指定拓撲傳輸路由,網路層資料實體能夠傳送乙個網路層的協議資料單元到乙個合適的裝置,該裝置可以是最終的目的通訊裝置,也可能是通訊鏈路中的乙個中間通訊裝置。

2.網路層管理實體

網路層管理實體提供網路管理服務,允許應用與堆疊相互作用。網路層管理實體應該提供如下服務: ①

配置乙個新的裝置。為保證裝置正常工作的需要,裝置應該具有足夠堆疊,以滿足配置的需要。配置選項包括對乙個zigbee協調器和連線乙個現有網路裝置的初始化操作。 ②

初始化乙個網路,使之具有建立乙個新網路的能力。 ③

連線和斷開網路,具有連線或者斷開乙個網路的能力,以及為建立乙個zigbee協調器或者zigbee路由器,具有要求裝置同網路斷開的能力。 ④

定址。zigbee協調器和zigbee路由器具有為新加入網路的裝置分配位址的能力。 ⑤

鄰居裝置發現。具有發現\記錄和匯報有關一跳鄰居裝置資訊的能力。 ⑥

路由發現。具有發現和記錄有效地傳送資訊的網路路由能力。 ⑦

接收控制。具有控制裝置接收機接收狀態的能力,即控制接收機什麼時間接收,接收時間的長短,以保證mac層的同步長或者正常接收等。

4.網路層服務協議

網路層通過兩種服務接入點提供相應的兩種服務,它們分別是網路層資料服務和網路層管理服務。網路層資料服務通過網路層資料實體服務接入點接入,網路層管理服務通過網路層管理實體服務接入點接入。這兩種服務通過mcps-sap和mlme-sap介面為mac層提供介面,險些之外,通過nlde-sap和nlme-sap介面為應用層實體提供介面服務。

網路層資料實體服務接入點支援對等應用實體之間的應用協議資料單元的傳輸。

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