Zigbee协议栈原理基础

1Zigbee协议栈相关概念

1.1近距离通信技术比较：

近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。

1.2协议栈

协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。

1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈

Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro

zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。

1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈

z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。

Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。

还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。

1.2.3IEEE802.15.4标准概述

IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。

LR-WPAN网络具有如下特点：

◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。

◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。

◆具有16位短地址或者64位扩展地址。

◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层）

◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS)

◆低功耗。

◆能量检测(EnergyDetection，ED)。

◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。

◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。

为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备

(reduced．functionaldevice，RFD)。

1.2.4ZigBee协议体系结构

IEEE802.15.4定义物理层、介质访问控制层

ZigBee联盟定义网络层(networklayer，NWK)、应用层(applicationlayer，APL)。

应用层内定义：应用支持子层(applicationsupportsub—layer，APS)、ZigBee设备对象(ZigBeeDeviceObject，ZDO)（端点号0）、应用框架中用户自定义应用对象（端点号1-240，可以定义0-240个应用）。

每一层为其上层提供特定的服务--数据服务实体→数据传输服务；管理实体提供→管理服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP)为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。

1.2.4.1物理层：

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。具体内容：

1)ZigBee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。

1.2.4.2介质接入控制子层（MAC）

MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC 实体之间可靠的链路。具体功能：

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（加密解密功能）；

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。

1.2.4.3网络层（NWK）

ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能。具体功能：

1)网络发现；（路由器、终端）

2)网络形成；（协调器）

3)允许设备连接；

4)路由器初始化；

5)设备同网络连接；

6)直接将设备同网络连接；

7)断开网络连接；

8)重新复位设备；

9)接收机同步；

10)信息库维护。

1.2.4.4应用层（APL）

应用层包括：应用支持层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)、制造商所定义的应用对象(AF)。

（1）APS功能：维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。

（2）ZDO功能：定义设备在网络中的角色(如物理实体节点被定义为协调器、路由器还是终端设备)，发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制（加解密），发现网络中的设备并且决定向他们提供何种应用服务。

ZDO使用APS层的APSDE-SAP和网络层的NLME-SAP。ZDO是特殊的应用对象，它在端点(entire)0上实现。

远程设备通过ZDO请求描述符信息，接收到这些请求时，ZDO会调用配置对象获取相应描述符值（eg设备什么时候出厂的、需不需要电池、传输距离多少、使用什么规范）。

（3）AF（应用程序框架）：用户自定义的应用对象，并且遵循规范（profile）运行在端点1~240上。在ZigBee应用中，提供2种标准服务类型：键值对（KVP）或报文（MSG）。

2ZigBee基本概念

2.1设备类型

三种逻辑设备类型：协调器、路由器、终端设备。

协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器(或者消失goaway)。由于ZigBee网络本身的分布特性，因此接下来整个网络的操作就不在依赖协调器是否存在。

路由器一直活跃，须使用主电源供电。但当树状拓扑结构时，允许其间隔一定的周期操作一次，可使用电池。

终端设备没有特定的维持网络结构的责任，可以睡眠或者唤醒，可用电池供电。对存储空间(特别是RAM的需要)比较小。

2.2协议规范

协议栈规范由ZigBee联盟定义指定。在同一个网络中的设备必须符合同一个协议栈规范（同一个网络中所有设备的协议栈规范必须一致）。

ZigBee联盟为ZigBee协议栈2007定义了2个规范：ZigBee和ZigBeePRO。所有的设备只要遵循该规范，即使在不同厂商买的不同设备同样可以形成网络。

如果应用开发者改变了规范，那么他的产品将不能与遵循ZigBee联盟定义规范的产品组成网络，也就是说该开发者开发的产品具有特殊性，我们称之为“关闭的网络”，也就是说它的设备只有在自己的产品中使用，不能与其他产品通信。更改后的规范可以称之为“特定网络”规范。

协议栈规范的ID号可以通过查询设备发送的beacon帧获得。在设备加入网络之前，首先需要确认协议栈规范的ID。“特定网络”规范ID号为0；ZigBee协议栈规范的ID号为1；ZigBeePRO协议栈规范的ID号为2。协议栈规范的ID （STACK_PRO）在nwk_globals.h中定义：

#defineNETWORK_SPECIFIC0

#defineHOME_CONTROLS1//zigbee首先应用于智能家居，故直接把zigbee协议栈规范定义为home_control

#defineZIGBEEPRO_PROFILE2

#defineGENERIC_STAR3

#defineGENERIC_TREE4

#ifdefined(ZIGBEEPRO)

#defineSTACK_PRO

#else

#defineSTACK_PRO

#endif

2.3拓扑结构

星型、树状、网状

#defineNWK_MODE_STAR0

#defineNWK_MODE_TREE1

#defineNWK_MODE_MESH2

#if(STACK_PRO)

#defineNWK_MODENWK_MODE_MESH

#elif(STACK_PRO)

#defineNWK_MODENWK_MODE_MESH

#elif(STACK_PRO)

#defineNWK_MODENWK_MODE_STAR

#elif(STACK_PRO)

#defineNWK_MODENWK_MODE_MESH

#endif

一般拓扑结构定义为网状网络

2.4信标与非信标模式

Zigbee网络的工作模式可以分为信标（Beaeon）和非信标（Non-beaeon）两种模式。

信标：所有设备同步工作、休眠。

协调器负责以一定的间隔时间（一般在15ms-4mins之间）向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。

非信标：终端可休眠，路由器、协调器一直工作。

父节点为终端缓存数据，终端主动向父节点提取数据，故，终端大多处于休眠状态，周期性醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，醒来一般需要15ms。

实际使用中非信标模式使用更多，因为路由器、协调器往往还要担任一些其他功能，且常常加入功放扩大传输距离，一般加主电源供电。

2.5地址

两种地址：64位IEEE地址，即MAC地址，16位网络地址（协调器网络地址为0x00）。

#defineNWK_PAN_COORD_ADDR0x0000

2.5.1网络地址分配

●分布式寻址方案：ZigBee2006、ZigBee2007使用分布式寻址方案来分配网络地址，保证唯一。

设备只能从父设备接受网络地址，不需要全网通讯分配，有助于测量。

●随机地址分配机制：ZigBee2007PRO采用。

新节点加入时，父节点为其随机分配地址，然后产生“设备声明”（包含分配到的网络地址和IEEE地址）发送至网络。若有冲突，则通过路由器广播“网络状态-地址冲突”至网络中的所有节点。所有发生冲突的节点更改自己的网络地址，然后再发起“设备声明”直到无冲突。

在每个路由加入网络之前，寻址方案需要知道和配置一些参数：MAX_DEPTH（最大网络深度）、MAX_ROUTERS（最多路由数）和MAX_CHILDREN（最多子节点数）。这些参数是栈配置的一部分，ZigBee2007协议栈已经规定了这些参数的值：

如果要改动，首先要确保整个地址空间不能超过216，这就限制了参数能够设置的最大值。可以使用projects\ZStack\tools文件夹下的CSkip.xls文件来确认这些值是否合法。当在表格中输入了这些数据后，如果你的数据不合法的话就会出现错误信息。

当选择了合法的数据后，开发人员还要保证不再使用标准的栈配置，取而代之的是网络自定义栈配置(例如：在nwk_globals.h文件中将STACK_PRO改为NETWORK_SPECIFIC)。

然后nwk_globals.h文件中的MAX_DEPTH参数将被设置为合适的值。

此外，还必须设置nwk_globals.c文件中的Cskipchldrn数组和CskipRtrs数组。这些数组的值由MAX_CHILDREN和MAX_ROUTER构成。

2.5.2寻址

应用程序通常使用AF_DataRequest()函数发送数据，给一个afAddrType_t(在ZComDef.h中定义)类型的目标设备。

目标设备网络地址

目标设备模式

数据包传送模式分三种：

（1）单点传送(Unicast)：发给已知网络地址的网络设备。将afAddrMode设置为Addr16Bit并且在数据包中携带目标设备地址。

（2）间接传送(Indirect)：应用程序不知道目标设备位置时。将模式设置为AddrNotPresent，目标地址没有指定，而是从发送设备的栈的绑定表中查找目标设备。这种特点称之为源绑定。数据到达栈中后，从绑定表中

查找并使用目标设备地址，这样，数据包将被处理成为一个标准的单点传送数据包。如果在绑定表中找

到多个设备，则向每个设备都发送一个数据包的拷贝。【ZigBee2004中有一个选项可以讲绑定表保存在协

调器(Coordinator)当中。发送设备将数据包发送给协调器，协调器查找它栈中的绑定表，然后将数据发送

给最终的目标设备。这个附加的特性叫做协调器绑定(CoordinatorBinding)。2004中绑定表只能在协调器，

2006和2007中可以将绑定表放在任意节点】

（3）广播传送(broadcast)：应用程序将数据包发给每一个设备。地址模式设置为AddrBroadcast。目标地址可以设置为下面广播地址的一种：?NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL(0xFFFF)——发给所有设备，包

括睡眠中的设备。对于睡眠中的设备，数据包将被保留在其父亲节点直到查询到它，或者消息超时

(NWK_INDIRECT_MSG_TIMEOUT在f8wConifg.cfg中)。

?NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON(0xFFFD)——发给所有除睡眠之外的所有设备。

?NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVZCZR(0xFFFC)——发给所有路由器、协调器。

（4）组寻址(GroupAddressing)：发送给网络上的一组设备。地址模式设置为afAddrGroup并且addr.shortAddr 设置为组ID。使用这个功能，必须先定义组。(参见Z-stackAPI文档中的aps_AddGroup()函数)。

2.5.3重要设备地址(ImportantDeviceAddresses)

应用程序可能需要知道它的设备地址和父亲地址。使用下面的函数获取设备地址(在ZStackAPI中定义)：

NLME_GetShortAddr()——返回本设备的16位网络地址

NLME_GetExtAddr()——返回本设备的64位扩展地址

使用下面的函数获取该设备的父亲设备的地址：

NLME_GetCoordShortAddr()——返回本设备的父亲设备的16位网络地址

NLME_GetCoordExtAddr()——返回本设备的父亲设备的64位扩展地址

2.6zigbee术语

一个节点：一个射频收发器、多个设备（最常见的为仅一个），

一个设备中包含端点0（ZDO），端点1-端点240

一个端点中包含群集（按功能分为输入群集、输出群集）

一个群集中包含多个属性

（1）属性Attribute：是一个反映物理数量或状态的数据值，比如开关值（On/Off）,温度值、百分比等。

（2）群集Cluster：是包含一个或多个属性（attribute）的集合。每个群集都被分配一个唯一的群集ID且每个群集最多有65536个属性。

（3）端点EndPoint：是协议栈应用层的入口，也可以理解应用对象（ApplicationObject）存在的地方，它是为实现一个设备描述而定义的一组群集。每个ZigBee设备可以最多支持240这样的端点，这也意味着在每

个设备上可以定义240个应用对象。端点0被保留用于与ZDO接口，这是每个ZigBee设备必须使用的端

点，而端点255被保留用于广播，端点241-254则被保留用于将来做扩展使用

（4）设备描述DeviceDescription：是指一个大型目标应用的一部分，包括一个或多个群集，并且指定群集是输入还是输出。描述符有：节点描述符、电源描述符、简单描述符、端点描述符

。

（5）节点Node：也可以理解为一个容器，包含一组ZigBee设备，分享一个无线信道。每个节点有且只有一个无线信道使用。

2.7绑定

通过使用ClusterID为不同节点上的独立端点建立一个逻辑上的连接。

要实现绑定操作，端点必须向协调器发送绑定请求，协调器在有限的时间间隔内接收到两个端点的绑定请求后，便通过建立端点之间的绑定表在这两个不同的端点之间形成了一个逻辑链路。

因此，在绑定后的两个端点之间进行消息传送的过程属于消息的间接传送。其中一个端点首先会将信息发送到ZigBee 协调器中，ZigBee 协调器在接收到消息后会通过查找绑定表，将消息发送到与这个端点相绑定的所有端点中，从而实现了绑定端点之间的间接通信。

也可以不在协调器中建立绑定表，而在任意一个路由器中建立。

2.8路由

Zstack协议栈的路由代码我们不需要写，也无法写（已被封装）。整个路由功能如何实现的需要了解，有助于对zigbee

协议栈进行整体的把握。

zigbee路由还能够自愈网络，如果某个无线连接断开了，路由功能又能自动寻找一条新的路径避开那个断开的网络连接。这就极大的提高了网络的可靠性，同时也是ZigBee 网络的一个关键特性。

2.8.1 路由协议(Routing Protocol

ZigBee 执行基于用于AODV 专用网络的路由协议。简化后用于传感器网络。ZigBee 路由议有助于网络环境有能力支持移动节点，连接失败和数据包丢失。

当路由器从他自身的应用程序或者别的设备那里收到一个单点发送的数据包，则网络层NWK Layer)根据一下程序将它继续传递下去。如果目标节点是它相邻路由器中的一个，则数据包直接被传送给目标设备。否则，路由器将要检索它的路由表中与所要传送的数据包的目标地址相符合的记录。如果存在与目标地址相符合的活动路由记录，则数据包将被发送到存储在记录中的下一级地址中去。如果没有发现任何相关的路由记录，则路由器发起路径寻找，数据包存储在缓冲区中知道路径寻找结束。

ZigBee终端节点不执行任何路由功能。终端节点要向任何一个设备传送数据包，它只需简单的将数据向上发送给它的父亲设备，由它的父亲设备以它自己的名义执行路由。同样的，任何一个设备要给终端节点发送数据，发起路由寻找，终端节的的父亲节点都已它的名义来回应。

注意ZigBee 地址分配方案使得对于任何一个目标设备，根据它的地址都可以得到一条路径。在Z-Stack 中，如果万一正常的路径寻找过程不能启动的话(通常由于缺少路由表空间)，那么Z-Stack 拥有自动回退机制。

此外，在Z-Stack 中，执行的路由已经优化了路由表记录。通常，每一个目标设备都需要一条路由表记录。但是，通过把一定父亲节点记录与其子所有子结点的记录合并，这样既可以优化路径也可以不丧失任何功能。

ZigBee 路由器，包括协调器执行下面的路由函数：

(i)路径发现和选择；

(ii)路径保持维护；

(iii)路径期满。

2.8.2 路径的发现和选择(Route Discovery and Selection)

路径发现是网络设备凭借网络相互协作发现和建立路径的一个过程。路由发现可以由任意一个路由设备发起，并且对于某个特定的目标设备一直执行。路径发现机制寻找源地址和目标地址之间的所有路径，并且试图选择可能的最好的路径。

路径选择就是选择出可能的最小成本的路径。每一个结点通常持有跟它所有邻接点的“连接成本(link costs)”。通常，连接成本的典型函数是接收到的信号的强度。沿着路径，求出所有连接的连接成本总和，便可以得到整个路径的“路径成本”。路由算法试图寻找到拥有最小路径成本的路径。

路径通过一系列的请求和回复数据包被发现。源设备通过向它的所有邻接节点广播一个路由请求数据包，来请求一个目标地址的路径。当一个节点接收到RREQ 数据包，它依次转发REQ数据包。但是在转发之前，它要加上最新的连接成本，然后更新RREQ数据包中的成本值。这样，沿着所有它通过的连接，RREQ数据包携带着连接成本的总和。这个过程一直持续到RREQ 数据包到达目标设备。通过不同的路由器，许多RREQ 副本都将到达目标设备。目标设备选择最好的RREQ数据包，然后发回一个路径答复数据包(a Route Reply)RREP给源设备.RREP 数据包是一个单点发送数据包，它沿着中间节点的相反路径传送直到它到达原来发送请求的节点为止。

一旦一条路径被创建，数据包就可以发送了。当一个结点与它的下一级相邻节点失去了连接(当它发送数据时，没有收到MAC ACK)，该节点向所有等待接收它的RREQ数据包的节点发送一个RERR数据包，将它的路径设为无效。各个结点根据收到的数据包RREQ、RREP 或者RERR 来更新它的路由表。

2.8.3 路径保持维护(Route maintenance)

网状网提供路径维护和网络自愈功能。中间节点沿着连接跟踪传送失败，如果一个连接被认定是坏链，那么上游节点将针对所有使用这条连接的路径启动路径修复。节点发起重新发现直到下一次数据包到达该节点，标志路径修复完成。如果不能够启动路径发现或者由于某种原因失败了，节点则向数据包的源节点发送一个路径错误包(RERR)，它将负责启动新路径的发现。这两种方法，路径都自动重建。

2.8.4 路径期满(Route expiry)

路由表为已经建立连接路径的节点维护路径记录。如果在一定的时间周期内，没有数据通过沿着这条路径发送，这条路径将被表示为期满。期满的路径一直保留到它所占用的空间要被使用为止。这样，路径在绝对不使用之前不会被删除掉的。

在配置文件f8wConfig.cfg 文件中配置自动路径期满时间。设置ROUTE_EXPIRY_TIME 为期满时间，单位为秒。如果设置为0，则表示关闭自动期满功能。

2.9zigbee原语

ZigBee协议按照开放系统互联的7 层模型将协议分成了一系列的层结构，各层之间通过相应的服务访问点来提供服务。这样使得处于协议中的不同层能够根据各自的功能进行独立的运作，从而使整个协议栈的结构变得清晰明朗。另一方面，由于ZigBee 协议栈是一个有机的整体，任何ZigBee 设备要能够正确无误的工作，就要求协议栈各层之间共同协作。因此，层与层之问的信息交互就显得十分重要。ZigBee协议为了实现层与层之间的关联，采用了称为服务“原语"的操作。利用下图来说明原语操作的概念。

服务由N 用户和N 层之问信息流的描述来指定。这个信息流由离散瞬时事件构成，以提供服务的特征。每个事件由服务原语组成，它将在一个用户的某一层，通过与该层相关联的层服务访问A(SAP)与建立对等连接的用户的相同层之问传送。层与层之间的原语一般情况下可以分为 4 种类型：

◆请求：请求原语从NI 用户发送到它的N层，请求发起一个服务。

◆指示：指示原语从N层到N2 用户，指示一个对N2 用户有重要意义外部N 层事件。这个事件可能与一个远程的服务请求有关，或者由内部事件产生。

◆响应：响应原语由N2 用户向它的N层传递，用来响应上一个由指示原语引起的过程。

◆确认：确认原语由N层向Nl 用户传递，用来传递与前面一个或多个服务请求相关的执行结果。

3Z-Stack 协议栈总体设计

Chipcon 公司为自己设计的Z-Stack 协议栈中提供了一个名为操作系统抽象层OSAL 的协议栈调度程序。对于用户来说，除了能够看到这个调度程序外，其它任何协议栈操作的具体实现细节都被封装在库代码中。用户在进行具体的应用开发时只能够通过调用API接口来进行，而无权知道Zig,Bee 协议栈实现的具体细节。(即物理层、mac层、网络层封装到库函数中，无法查看；应用层的aps、zdo代码完全开源)

Z-Stack 由main（）函数开始执行，main（）函数共做了2 件事：一是系统初始化，一是轮转查询式操作系统，如下图所示：

Osal初始化完成后，一经进入操作系统则永远无休止执行下去，除非板子坏掉。

3.1osal初始化：

3.2任务调度

ZigBee 协议栈中的每一层都有很多原语操作要执行，因此对于整个协议栈来说，就会有很多并发操作要执行。协议栈中的每一层都设计了一个事件处理函数，用来处理与这一层操作相关的各种事件。将这些事件处理函数看成是与协议栈每一层相对应的任务，由ZigBee 协议栈中调度程序OSAL 来进行管理。这样，对于协议栈来说，无论何时发生了何种事件，我们都可以通过调度协议栈相应层的任务，即事件处理函数来进行处理。这样，整个协议栈便会按照时间顺序有条不紊的运行。

ZigBee 协议栈的实时性要求并不高，因此在设计任务调度程序时，OSAL 只采用了轮询任务调度队列的方法来进行任务调度管理。

任务列表：

任务调度主循环void osal_start_system( void )

{

for(;;) // Forever Loop

{uint8 idx = 0;

osalTimeUpdate();

Hal_ProcessPoll(); // This replaces MT_SerialPoll() and osal_check_timer().

do {

if (tasksEvents[idx]) // Task is highest priority that is ready.

{

break;

}

} while (++idx < tasksCnt);

if (idx < tasksCnt)

{

uint16 events;

halIntState_t intState;

HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);

events = tasksEvents[idx];

tasksEvents[idx] = 0; // Clear the Events for this task.

HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);

events = (tasksArr[idx])( idx, events );

HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);

tasksEvents[idx] |= events; // Add back unprocessed events to the current task.

HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);

}

#if defined( POWER_SAVING )

else // Complete pass through all task events with no activity?

{

osal_pwrmgr_powerconserve(); // Put the processor/system into sleep

}

#endif

/* Yield in case cooperative scheduling is being used. */

#if defined (configUSE_PREEMPTION) && (configUSE_PREEMPTION == 0)

{

osal_task_yield();

}

#endif

}

设置事情发生标志

当协议栈中有任何事件发生时，我们可以通过设臵event_flag 来标记有事件发生，以便主循环函数能够及时加以处理。其函数说明如下：

3.3时间管理

假设 A 事件发生后要求l0 秒之后执行，B 事件在A 事件发生 1 秒后产生，且B事件要求 5 秒后执行。为了按照合理的时间顺序来处理不同事件的执行，这就需要对各种不同的事件进行时间管理。OSAL 调度程序设计了与时间管理相关的函数，用来管理各种不同的要被处理的事件。

对事件进行时间管理，OSAL 也采用了链表的方式进行，每当发生一个要被处理的事件后，就启动一个逻辑上的定时器，并将此定时器添加到链表之中。利用硬件定时器作为时间操作的基本单元。设臵时间操作的最小精度为lms，每lms 硬件定时器便产生一个时间中断，在时间中断处理程序中去更新定时器链表。每次更新，就将链表中的每一项时间计数减l，如果发现定时器链表中有某一表项时间计数已经减到0，则将这个定时器从链表中删除，并设臵相应的事件标志。这样任务调度程序便可以根据事件标志进行相应的事件处理。根据这种思路，来自协议栈中的任何事件都可以按照时间顺序得到处理。从而提高了协议栈设计的灵活性。

在设计过程中需要经常使用这样一个时间管理函数，其函数说明如下：

3.4原语通信

请求(Request)、响应(Response)原语分别由协议栈中处于较高位臵的层向较低层发起；可直接使用函数调用实现确认(Confirm)、指示(Indication)原语则从较低层向较高层返回结果或信息；需要间接处理的机制来完成。

在设计与请求、响应原语操作相对应的函数时，一旦调用了下层相关函数后，就立即返回。下层处理函数在操作结束后，将结果以消息的形式发送到上层并产生一个系统事件，调度程序发现这个事件后就会调用相应的事件处理函数对它进行处理。OSAL调度程序设计了两个相关的函数来完成这个过程。

3.4.1向目标任务发送消息的函数

这个函数主要用来将原语操作的结果以消息的形式向上层任务发送，并产生一个系统事件来通知调度程序。其函数说明如下：

3.4.2消息提取函数

这个函数用来从内存空间中提取相应的消息。

Zigbee协议栈系统事件

系统常用事件处理函数： －按键事件 －接收消息事件 －网络状态改变事件 －绑定确认事件 －匹配响应事件 1、按键事件 Case KEY_CHANGE: 当有按键事件发生的时，调用按键事件处理函数Sample_HandleKeys()来处理按键事件。 在SampleApp例程中按键处理函数处理了以下2件事情 －如果按键1按下，将向网络中的其他设备发送LED闪烁命令 －如果按键2按下，检测组ID号为SAMPLEAPP_FLASH_GROUP的组是否已经注册。如果已经注册，调用aps_RemoveGroup()将其删除；如果没注册就在APS层注册

2、接收消息事件 Case:AF_INCOMING_MSG_CMD: 如果有接收消息事件发生，则调用函数SampleApp_MessageMSGCB（MSG）对接收的消息进行处理。一般的接收消息事件是通过用户自定义的端点输入簇和输出簇来处理的。 在LED闪烁命令的发送函数中的输出簇为SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID，所以在接收消息事件的输入簇中为SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID即收到LED闪烁命令

3、网络状态改变事件 Case：ZDO_STATE_CHANGE 当有网络状态改变事件发生后，会调用函数SampleApp_NwkState()来处理网络状态改变事件。在SampleApp例程中，网络状态改变事件主要处理了以下事件： －判断设备类型（区分协调器、路由节点、终端节点） －当协调器网络建立成功后或其他类型节点加入网络后点亮led1 －通过调用osal_start_timerEx()设置一个定时事件，当时间到达后启用用户自定义事件SampleApp_Send_PERIODIC_MSG_EVT 备注：在使用过程中这里的3种设备类型不是全选，写一个就可以了，其他的删除

ZigBee 协议架构

根据应用和市场需要定义了ZigBee 协议的分层架构，其协议的体系结构如图1 所示，其中物理层（physical layer，PHY）和媒介访问控制层（medium access control sub-layer,MAC）是由IEEE802.15.4-2003 标准定义的，在这个底层协议的基础上ZigBee 联盟定义了网络层（network layer,PHY）和应用层（application layer,APL）架构. 图1 zigbee协议栈体系结构 物理层规范 物理层定义了它与MAC 层之间的两个接口：数据服务接口PD-SAP 和管理服务接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据，而PLME-SAP 接口同时为物理层提供相应的管理服务，用于维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估（clear channel assessment,CCA）信道能量的监测（energy detect,ED）和链接质量指示（link quality indication，LQI）等。物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层有效载荷三部分组成，如表1 所示。

同步头又包括32bit 的前同步码和8bit 的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。物理层帧头包括7bit 的帧长度和1bit 的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。物理层有效载荷就是MAC层的帧内容。 表一物理层帧格式 媒体接入控制层规范 MAC 层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口MLDE-SAP 和管理服务接口MLME-SAP，同时提供了MAC 层数据服务和MAC 层管理服务。MAC层数据服务主要实现数据帧的传输；MAC 层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。 MAC 层主要功能包括以下几个方面： （1）ZigBee 协调器产生网络信标 （2）设备与信标同步 （3）支持节点加入或着退出操作 （4）信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问（CSMA-CA）机制 （5）建立并维护保护时隙机制 （6）为设备提供安全支持 MAC 帧格式由三个基本部分组成：MAC 帧头、MAC 帧载荷和MAC 帧尾。不同类型的MAC 帧，其帧头和帧尾都是一样的，只是MAC 帧载荷有差别，通用MAC 帧格式如表2所示。 表二通用MAC帧格式 网络层规范 网络层定义了它与应用层之间的接口，包括提供给应用层的数据服务接口NLDE-SAP和管理服务接口NLME-SAP , 同时提供了网络层数据服务和网络层管理服务。网络层主要负责拓扑结构的建立和网络的维护，具体的功能如下：（1）初始化网络，即建立一个新的包含协调器、路由器和终端设备的网络（2）设备连接和断开时所采用的机制 （3）对一跳邻居节点的发现和相关节点信息的存储 （4）ZigBee 协调器和路由器为新加入节点分配短地址

Zigbee协议栈原理基础

1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。 ◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。 为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备

ZigBee协议栈OSAL介绍

讨论ZigBee协议栈的构成以及内部OSAL的工作机理。 ZigBee协议栈OSAL介绍 操作系统抽象层 OSAL常用术语： 1.资源（Resource）：任何任务所占用的实体都叫资源，如变量、数组、结构体 2.共享资源（Shared Resource）：两个或两个以上任务使用的资源，为防止破坏资源，任务在操作共享资源时是独占状态。 3.任务（Task）：即线程，简单的程序的执行过程。任务设计时将问题尽可能分成多个任务，每个任务独立完成某项功能，同时赋予优先级、CPU寄存器和堆栈空间。一般一个任务设计为一个无限循环。 4.多任务运行（Muti-task Running）：其实同一时刻只有一个任务运行。 5.内核（Kernel）：内核负责管理各个任务。包括：分配CPU时间；任务调度；任务间的通信。 6.互斥（Mutual Exclusion）：多任务通信最常用方法是共享数据结构。 保护共享资源常用的方法： 关中断； 使用测试并置位指令（T&S指令）； 禁止任务切换； 使用信号量； 7.消息队列（Message Queue）：用于任务间传递消息。 OSAL提供如下功能： 任务注册、初始化和启动； 任务间的同步、互斥； 中断处理； 储存器分配和管理； OSAL运行机理： OSAL就是一种支持多任务运行的系统资源分配机制。 OSAL是一种基于事件驱动的轮询式操作系统。、 void osal_start_system(void)是ZigBee协议栈的灵魂，不断的查看事件列表，如果有事件发生就调用相应的事件处理函数。 SYS_EVENT_MSG是一个事件集合，是由协议栈定义的事件，即系统强制事件（Mandatory Events），它的定义为： #define SYS_EVENT_MSG 0x8000； 它包含如下事件： AF_INCOMING_MSG_CMD 收到一个新的无线数据

2020年Zigbee协议栈中文说明免费

1.概述 1.1解析ZigBee堆栈架构 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。图1-1给出了这些组件的概况。 1.1.1ZigBee堆栈层 每个ZigBee设备都与一个特定模板有关，可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。 设备是由模板定义的，并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图1-1)。每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分，它们都是器件中可寻址的组件。 图1-1 zigbe堆栈框架 从应用角度看，通信的本质就是端点到端点的连接(例如，一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信，目的是将这些灯点亮)。 端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器，在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1-2就是设备及其接口的一个例子：

图1-1-2 每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点，即端点0和端点255。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理。应用程序可以通过端点0与ZigBee 堆栈的其它层通信，从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为ZigBee设备对象 (ZD0)。端点255用于向所有端点的广播。端点241到254是保留端点。 所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全和绑定提供服务，因此能够适配不同但兼容的设备，比如带灯的开关。APS使用网络层(NWK)提供的服务。NWK负责设备到设备的通信，并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过ZigBee设备对象(ZD0)对网络层参数进行配置和访问。 1.1.2 80 2.15.4 MAC层 IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征，它支持二种不同的射频信号，分别位于2450MHz波段和868/915MHz 波段。2450MHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868 /915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步，支持关联和去关联以及MAC 层安全：它能提供二个设备之间的可靠链接。 1.1.3 关于服务接入点 ZigBee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。 ZigBee堆栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。 1.1.4 ZigBee的安全性 安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是，系统的整体安全性是在模板级定义的，这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。 每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护，为了降低存储要求，它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的，要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee规范定义了信任中心的用

从Zigbee协议栈底层添加自己的按键配置

本实验是基于ZStack-CC2530-2.5.1a版本的协议栈来进行实验的，整个实验需要改动 hal_board_cfg.h、hal_board_cfg.h、hal_key.c、hal_key.h和自己定义的Coordinator.c这5个文件。 注意：添加自己的按键时尽量不要修改协议栈里面的按键程序，自己另行添加即可。 1、hal_key.h 在/* Switches (keys) */下面添加自己的按键定义 #define HAL_KEY_SW_8 0x80 图1： ---------------------------------------------------------------------------------------- 2、hal_board_cfg.h 在/* S6 */ #define PUSH1_BV BV(1) #define PUSH1_SBIT P0_1 #if defined (HAL_BOARD_CC2530EB_REV17) #define PUSH1_POLARITY ACTIVE_LOW #elif defined (HAL_BOARD_CC2530EB_REV13) #define PUSH1_POLARITY ACTIVE_LOW #else #error Unknown Board Indentifier #endif 下面模仿/* S6 */下的程序定义自己的按键值： /* S8 */ #define PUSH8_BV BV(4)//修改 #define PUSH8_SBIT P0_4//修改 #if defined (HAL_BOARD_CC2530EB_REV17)

ZigBee测试与协议分析

ZigBee测试与协议分析 1 前言 ZigBee协议栈包括物理层协议(IEEE802.15.4)和上层软件协议(ZigBee 2007以及其他的ZigBee网络协议）。本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获及如何理解关键参数，深层次剖析ZigBee技术。有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。 2 物理层分析 ZigBee的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee底层的调制编码方式。这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，更关心的是衡量一个芯片、一个射频系统性能的参数。在过去的文章中，已介绍了输出功率、接收灵敏度和链路预算等参数，这一讲将更深入地介绍一个调制质量的参数：EVM。EVM指的是误差向量（包括幅度和相位的矢量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，。从EVM参数中，可以了解到一个输出信号的幅度误差及相位误差。 EVM是衡量一个RF系统总体调制质量的指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。EVM数据和眼图。 了解完这个参数之后，再看看实际测试中是如何获取EVM参数的。 ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，可以分别采用不同的仪器。 (1)产品研发阶段要测量EVM参数，需要使用带协议解析的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件(选配了ZigBee分析插件)。这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图、实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大地影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。合格的测试工具，加上有质量保证的射频器件供应商资源，方能真正具备RF设计能力。安捷伦PXA N9030A频谱分析仪。 (2)批量生产阶段在批量生产中，不可能将实验室的研发测试仪器搬到工厂，因此，需要便携小巧的测试设备，这时可用罗德与斯瓦茨公司的热功率探头，如NRP-Z22，做一个2.4 GHz的输出功率测试，保证能够输出公差允许的功率信号即可，因为在生产中，射频器件的焊接不良、馈线连接头的接触不良，都会造成输出功率的下降甚至消失。需要注意的是，探头非常容易被静电损坏，必须要带上防静电手套进行操作，返修过程如需要经过德国，则时间长，经费也不便宜，不是很严重的损坏倒是可以在深圳维修中心处理。NRP-Z22。 (3)应用阶段在现场出现问题时，ZigBee节点已经安装到现场，不能逐一拆下来测试，并且周围的电磁环境也是没办法在单个节点上检测到，这时就需要手持式的频谱仪进行现场勘查了，例如安捷伦公司的N9912A手持式频谱仪。使用该频谱仪，可以完成无线系统设计初期的现场勘查工作，检测现场各个地点是否有异常电磁干扰，对于ZigBee来说，当然是检测是否有持续的WIFI信号干扰了。同时，更为详细的现场勘查，还包括在定点进行数据发送，预期覆盖点进行信号强度分析，以实地评估墙体等障碍物的信号衰减，在已经架设好的ZigBee网络中，也可以检测信号覆盖，数据通信是否正常等。N9912A。

zigbee协议栈代码主要名词解释

zigbee协议重要名词解释及英文缩写（转载）网络层功能: 1. 加入和退出网络 2. 申请安全结构 3. 路由管理 4. 在设备之间发现和维护路由 5. 发现邻设备 6. 储存邻设备信息 当适当的重新分配地址联合其他设备,ZIGBEE2006可以依赖于网络协调者建立一个新网络. ZIGBEE应用层由APS（应用支持）、AF（应用结构）、ZDO（ZIGBEE设备对象）和厂商自定义应用对象组成。 APS功能 1. 绑定维持工作台，定义一个两个合拢的设备进行比较建立他们的需要和服务。 2. 促进信息在设备之间的限制 3. 组地址定义，移除和过滤组地址消息 4. 地址映射来自于64位IEEE地址和16位网络地址 5. 分裂、重新组装和可靠数据传输 ZDO功能 1. 定义设备内部网络（ZigBee协调者和终端接点） 2. 开始和/或回答绑定请求 3. 在网络设备中建立一个网络安全关系 4. 在网络中发现设备和决定供给哪个应用服务 ZDO同样有责任在网络中发现设备和为他们提供应用服务。 1.1.4 网络拓扑 ZIGBEE网络层支持星状、树状和网状拓扑。在星状拓扑中网络受约束与单个设备，呼叫COORD。COORD有责任建立和维持在网络中发现的设备和其他所有设备，都知道的终端接点直接和COORD 通信。在网状和树状拓扑中，COORD有责任建立一个网络和选择几个关键网络参数，但是网络有有可能直接应用于ZigBee路由器。在树状网络中，利用分等级路由策略完成路由传输数据和控制消息直通网络。树状网络在802.15.4-2003中可以采用信标引导通信。网状网络将允许所有对等网络通信。ZIGBEE 路又将不能在网状网络中发射规则的IEEE802.15.4-2003信标。

一文读懂zigbee技术的协议原理

一文读懂zigbee技术的协议原理 一.前言 从今天开始，我们要正式开始进行zigbee相关的通信实验了，我所使用的协议栈是ZStack 是TI ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0版本，大家也可以从TI的官网上直接下载TI公司为cc2530写的协议栈代码，毕竟，我们作为初学者，应该先不要去深究协议栈是怎么用代码编写的，毕竟zigbee已经相当成熟了，我们应该先学会使用zigbee协议栈进行通信，并能应用于实际项目中，比如说智能家具，不知道大家是不是有同感，所以下面我就先给大家介绍一下zigbee通信的原理以及体系架构。 二.ZStack 体系架构 ZStack 的体系结构由称为层的各模块组成。每一层为其上层提供特定的服务：即由数据服务实体提供数据传输服务；管理实体提供所有的其他管理服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP) 为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。 ZStack 根据IEEE 802.15.4 和ZigBee 标准分为物理层，介质接入控制层，网络层，应用层。物理层提供了基础的服务，数据传输和接收，网络层提供了各个节点连入的服务，是zigbee网络通信的关键，应用层是我们关注的重点，提供了应用的框架和ZDO。大家如果想了解体系结构的具体内容，可以自己去看说明文档，下面我给大家介绍一下zigbee 工作原理。 ZStack 采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，而且有一个专门的Timer2 来负责定时。从CC2530 工作开始，Timer2 周而复始地计时，有采集、发送、接收、显示…等任务要执行时就执行。当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。 整个ZStack 的主要工作流程，如图所示，大致分为以下6 步：(1) 关闭所有中断；(2) 芯

TI_zigbee协议栈结构分析应用

无线盛世《快速进入ZB世界》
Ver:1

进入Zigbee世界的准备工作
§ 首先，我们需具备一些硬件设备及平台。以下 我就罗列一下Zigbee开发基本工具： § 计算机：不管是设计电路还是编程开发都是离 不开它的。 § Zigbee开发板：对于初学者来说，Zigbee开发 板无疑是最佳选择。有了开发板，你可以在我 们成熟设计的基础上学习或者做自己的设计。 § Zigbee模块：集MCU，RF，天线设计于一体 的Zigbee模块。使用它，我们可省去设计天线 及IC周边电路设计的复杂工作。

进入Zigbee世界的准备工作
§ Zigbee仿真器：是集烧写程序、在线编程和在线仿真 功能于一身的开发过程工作中必不可少的开发工具。 编程器既能对CC243x芯片（其实包括TI产品中的CC 系列的大部分芯片）进行烧写程序（hex标准文件程序 ），也能对CC243x芯片进行在线编程和仿真，让我们 能方便地在线调试开发，从而大大地提高了开发效率 。 § Zigbee协议分析仪：ZigBee的设计开发者必不可少的 工具！ZigBee协议分析仪具有广泛的功能，包括：分 析以及解码在PHY、MAC、NETWORK/SECURITY、 APPLICATION FRAMEWORK、和APPLICATION PROFICES等各层协议上的信息包；显示出错的包以 及接入错误；指示触发包；在接收和登记过程中可连 续显示包。

进入Zigbee世界的准备工作
§ 再次,我们需要在将用于开发Zigbee的计 算机平台上安装这些软件： § Zigbee协议分析软件（sniffer） § 程序烧写软件（Flash Programmer） § IAR公司的EW8051 version 7.20I/W32 。

ZigBee协议架构

编号：_______________本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载 ZigBee协议架构 甲方：___________________ 乙方：___________________ 日期：___________________

(application layer,APL )架构. 图1 zigbee协议栈体系结构 物理层规范 物理层定义了它与MAC层之间的两个接口：数据服务接口PD-SAP和管理服务接口PLME-SAP其中PD-SAP接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据,而PLME-SAPg口同时为物理层提供相应的管理服务，用丁维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估(clear channel assessment,CCA)信道能量的监测(energy detect,ED )和链接质量指示(link quality indication , LQI)等。物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层*效载荷三部分组成，如表1所示。 同步头乂包括32bit的前同步码和8bit的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。物理层帧头包括7bit的帧长度和1bit的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。物理层有效载荷就是MAC层的帧内容。 表一物理层帧格式

媒体接入控制层规范 MAC层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口MLDE-SAFffi管理服务接口MLME-SAP同时提供了MAC层数据服务和MAC层管理服务。MA@数据服务主要实现数据帧的传输；MAC层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。 MAC层主要功能包括以下几个方面： (1) ZigBee协调器产生网络信标 (2) 设备与信标同步 (3) 支持节点加入或着退出操作 (4) 信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问(CSMA-CA机制 (5) 建立并维护保护时隙机制 (6) 为设备提供安全支持 MAC帧格式由三个基本部分组成：MAC帧头、MAC帧载荷和MAC帧尾。不同类型的MAC帧，其帧头和帧尾都是一样的，只是MAC帧载荷有差别，通用MAC帧格式如表2所小。 表二通用MA#格式 网络层规范 网络层定义了它与应用层之间的接口 ,包括提供给应用层的数据服务接口 NLDE-SAP管理服务接口NLME-SAP，同时提供了网络层数据服务和网络层管理 服务。网络层主要负责拓扑结构的建立和网络的维护，具体的功能如下： (1) 初始化网络，即建立一个新的包含协调器、路由器和终端设备的网络 (2) 设备连接和断开时所采用的机制 (3) 对一跳邻居节点的发现和相关节点信息的存储 (4) ZigBee协调器和路由器为新加入节点分配短地址 （5）确保MAC正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口 网络层帧结构包括网络层帧头（Network header, NHR和网络层载荷（Network payload,NPL）两部分，其中网络层帧头域由帧控制域、目的设备地址、源设备地址、广播半径和广播序列号等部分组成，通用网络帧的结构如表3所示。 表3通用网络层帧结构

ZigBee协议栈任务处理分析笔记

ZigBee协议栈任务处理分析笔记 ----(转载请注明出处774910349@https://www.sodocs.net/doc/046891733.html,)Everhuai写于2011-11-17 弄了这么久ZigBee协议栈，今天终于有一点头绪了，基本上知道了整个系统任务怎么被添加，又是怎么被切换的一个过程。下面就简单讲一讲这部分内容。 首先看的当然是main()函数，不过这个函数不是今天的重点，里面有我添加的注释，先就一笔带过吧。 int main( void ) { // Turn off interrupts osal_int_disable( INTS_ALL );//关闭全局中断EA=0,初始化过程不响应任何中断 // Initialization for board related stuff such as LEDs HAL_BOARD_INIT();//配置了时钟、LED、串口 // Make sure supply voltage is high enough to run zmain_vdd_check();//检查电源电压 // Initialize stack memory zmain_ram_init();//初始化堆内存 // Initialize board I/O /初始化板子用到的IO口 InitBoard( OB_COLD ); // Initialze HAL drivers HalDriverInit();//初始化外设 // Initialize NV System //系统初始化 osal_nv_init( NULL ); // Initialize basic NV items//任务初始化 zgInit(); // Initialize the MAC ZMacInit(); // Determine the extended address //确定长地址 zmain_ext_addr(); #ifndef NONWK // Since the AF isn't a task, call it's initialization routine afInit(); #endif // Initialize the operating system osal_init_system(); //系统初始化

zigbee协议栈源码

竭诚为您提供优质文档/双击可除 zigbee协议栈源码 篇一：zigbeez-stack协议栈构架 zstack基础 1、zstack协议栈构架 zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供一些应用层api,供用户调用。协议栈体系分层架构与协议栈代码文件夹对应表如下：整个协议栈的构架，如图所示 app：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。 hal：硬件层目录，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。 mac：mac层目录，包含了mac层的参数配置文件及其mac的lib库的函数接口文件。 mt：监控调试层，主要用于调试目的，即实现通过串口调试各层，与各层进行直接交互。nwk：网络层目录，含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件，aps层库的

函数接口。 osal：协议栈的操作系统。 profile：aF层目录，包含aF层处理函数文件。 security：安全层目录，安全层处理函数接口文件，比如加密函数等。 services：地址处理函数目录，包括着地址模式的定义及地址处理函数。 tools：工程配置目录，包括空间划分及zstack相关配置信息。 zdo：zdo目录。 zmac：mac层目录，包括mac层参数配置及mac层lib 库函数回调处理函数。zmain：主函数目录，包括入口函数main（）及硬件配置文件。 output：输出文件目录，这个ew8051ide自动生成的。 2、zigbee20xx协议栈源码库结构分析 了解了zigbee20xx协议栈整个构架后，再来看看协议栈源码库结构是什么样的，各层的具体文件是什么，建立不同的项目、添加自己的应用层任务及处理函数需要修改什么文件。zigbee20xx协议栈zstack-1.4.2文件目录及说明如下： 打开smapleapp项目工程 先看app层：

Zigbee协议栈学习总结教学提纲

典型的智能家居网络总体结构图 智能家居系统模块整体框图

ZigBee是一种标准，该标准定义了短距离、低速率传输速率无线通讯所需要的一系列通信协议。基于ZigBee的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz和2.4GHz，最大数据传输速率为250Kbps。 ZigBee无线网络共分为5层：物理层（PHY），介质访问控制层（MAC），网络层（NWK），应用程序支持子层（APS），应用层（APL）。 总体而言，ZigBee技术有如下特点：高可靠性，低成本，低功耗，高安全性，低数据速率

Zigbee网络中的设备主要分为三种： 1，协调器，协调器节点负责发起并维护一个无线网络，识别网络中的设备加入网络，一个ZigBee 网络只允许有一个ZigBee 协调器； 2，路由器，路由器节点支撑网络链路结构，完成数据包的转发；。ZigBee 网格或树 型网络可以有多个ZigBee 路由器。ZigBee 星型网络不支持ZigBee 路由器。 3，终端节点，负责数据采集和可执行的网络动作。 从功能上，zigbee节点应由微控制器模块、存储器、无线收发模块、电源模块和其它外设功能模块组成。 ZigBee/IEEE802.15.4定义了两种类型的设备：它们是全功能设备（FFD，Full Function Device）和精减功能设备（RFD，Reduced Function Device）。FFD可以当作一个网络协调器或者一个普通的传感器节点，它可以和任何其他的设备通讯，传递由RFD发来的数据到其他设备，即充当了路由的功能。而RFD只能是传感器节点，它只能和FFD进行通讯，经过FFD可以将自己测得数据传送出去。在ZigBee网络中大多是这两种设备，网络中结点数理论上最多可达65，536个，可以组成三种类型网络：星型、网状型和树型。 星状网络由一个PAN 协调器和多个终端设备组成，只存在PAN 协调器与终端的通讯，终端设备间的通讯都需通过PAN 协调器的转发。 树状网络由一个协调器和一个或多个星状结构连接而成，设备除了能与自己的父节点或子节点进行点对点直接通讯外，其他只能通过树状路由完成消息传输。 网状网络是树状网络基础上实现的，与树状网络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点直接互连，由路由器中的路由表实现消息的网状路由。 星型，如果用星型网络的话，在房间内的节点是否能够穿墙，与房间外的协调器进行正常通信。

zigbee协议名词解释

zigbee协议重要名词解释及英文缩写（转载） 网络层功能: 1.加入和退出网络 2.申请安全结构 3.路由管理 4.在设备之间发现和维护路由 5.发现邻设备 6.储存邻设备信息 当适当的重新分配地址联合其他设备,ZIGBEE2006可以依赖于网络协调者建立一个新网络. ZIGBEE应用层由APS（应用支持）、AF（应用结构）、ZDO（ZIGBEE设备对象）和厂商自定义应用对象组成。 APS功能 1.绑定维持工作台，定义一个两个合拢的设备进行比较建立他们的需要和服务。 2.促进信息在设备之间的限制 3.组地址定义，移除和过滤组地址消息 4.地址映射来自于64位IEEE地址和16位网络地址 5.分裂、重新组装和可靠数据传输 ZDO功能 1.定义设备内部网络（ZigBee协调者和终端接点） 2.开始和/或回答绑定请求 3.在网络设备中建立一个网络安全关系 4.在网络中发现设备和决定供给哪个应用服务 ZDO同样有责任在网络中发现设备和为他们提供应用服务。 1.1.4网络拓扑 ZIGBEE网络层支持星状、树状和网状拓扑。在星状拓扑中网络受约束与单个设备，呼叫COORD。COORD有责任建立和维持在网络中发现的设备和其他所有设备，都知道的终端接点直接和COORD 通信。在网状和树状拓扑中，COORD有责任建立一个网络和选择几个关键网络参数，但是网络有有可能直接应用于ZigBee路由器。在树状网络中，利用分等级路由策略完成路由传输数据和控制消息直通网络。树状网络在802.15.4-2003中可以采用信标引导通信。网状网络将允许所有对等网络通信。ZIGBEE 路又将不能在网状网络中发射规则的IEEE802.15.4-2003信标。

1.ZigBee协议栈简介

1、ZigBee协议栈简介 本节内容仅仅是对ZigBee协议栈的一些大家必须理解清楚的概念进行简单的讲解，并没有对ZigBee协议栈的构成及工作原理进行详细的讨论。让刚接触ZigBee协议栈的朋友们对它有个初步的感性认识，有助于后面使用ZigBee协议栈进行真正的项目开发。 什么是ZigBee协议栈呢？它和ZigBee协议有什么关系呢 协议是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据发射和接收。协议栈是协议的具体实现形式，通俗点来理解就是协议栈是协议和用户之间的一个接口，开发人员通过使用协议栈来使用这个协议的，进而实现无线数据收发。 图1展示了ZigBee无线网络协议层的架构图。ZigBee的协议分为两部分，IEEE 802.15.4定义了PHY（物理层）和MAC（介质访问层）技术规范；ZigBee 联盟定义了NWK（网络层）、APS（应用程序支持子层）、APL（应用层）技术规范。ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一直，以函数的形式实现，并给用户提供API(应用层)，用户可以直接调用。 图1 ZigBee无线网络协议层 在开发一个应用时，协议较底下的层与应用是相互独立的，它们可以从第三方来获得，因此我们需要做的就只是在应用层进行相应的改动。 介绍到这里，大家应该清楚协议和协议栈的关系了吧，是不是会想着怎么样才能用协议栈来开发自己的项目呢？技术总是不断地在发展地，我们可以用ZigBee厂商提供的协议栈软件来方便地使用ZigBee协议栈（注意：不同厂商提供的协议栈是有区别的，此处介绍TI推出的ZigBee 2007协议栈也称Z-Stack）。 Z-stack是挪威半导体公司Chipcon(目前已经被TI公司收购)推出其CC2430开发平台时，推出的一款业界领先的商业级协议栈软件，由于这个协议栈软件的出现，用户可以很容易地开发出具体的应用程序来，也就是大家说的掌

Zigbee协议栈原理基础

Zigbee协议栈原理基础

1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。