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zigbee:protocol_overview [2019/10/24 16:52] lijie 创建 |
zigbee:protocol_overview [2021/06/22 23:14] |
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- | zigbee protocol overview | ||
- | 摘要:zigbee 协议是异常庞大的知识体系,入门到精通是一个需要注重方法的过程。重心需要放在协议的学习,很多初学者,包括我都早期都是把zigbee当成了单片机学习使用,本末倒置。剥茧抽丝,这里直接开始协议概述。 | ||
- | 对于复杂协议的深入学习,我们都建议一个通用的学习方法,从规范-> | ||
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- | zigbee 协议架构 | ||
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- | 如上架构图详细展示了zigbee 协议规范的系统框图,不管是采用ti、silicon-labs、nordic的soc方案,以及它们对应不同sdk实现,核心标准都来自如上规范。这些规范主要是由ieee 组织和zigbee 联盟共同定义,并且公开了完整的规范文档。 | ||
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- | 提示:这些协议规范都可以从网上直接获取,但是最新的规范文档是需要注册zigbee联盟会员和直接向ieee组织购买。 | ||
- | 需要一提的是不同厂商的zigbee 实现协议栈有不同策略,ti是半开源,aps以上应用层是开放源码的,包含完整的af、zdo、zcl、bdb,所以对于新手入门来说并不能急于求成,必须打好基本功,对于nordic实现协议栈采用zboos3.1,几乎是一个全闭源的sdk,厂商应用只需要基于应用层(bdb、zcl)一些公共接口和实现其回调函数同协议栈交互。相对新手入门相对容易,但是可能出现不可控。 | ||
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- | 如下列出各个分层协议规范,并且详细阐述其功能。 | ||
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- | ieee 802.15.4 | ||
- | 由ieee组织定义,最新版本。802.15.4-2011.pdf | ||
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- | ZigBee Specification, | ||
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- | Zigbee PRO 2015 Spec | ||
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- | 提示:zigbee 联盟公开了zigbee pro 2015 revision 21版本版本,zigbee3.0是基于基于zigbee 2017 pro revision22版本,需要加入zigbee 联盟会员。 | ||
- | ZigBee Cluster Library Specification, | ||
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- | Zigbee Cluster Library | ||
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- | 提示:zigbee 联盟公开revision 6版本,zigbee3.0是基于基于revision7版本,需要加入zigbee 联盟会员。 | ||
- | Zigbee 3.0 Base Device Behavior Specification | ||
- | Base Device Behavior Specification | ||
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- | I. mac 802.15.4 | ||
- | mac层数据服务: | ||
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- | 数据传输; | ||
- | 信道选择; | ||
- | CSMA-CA (载波监听,多路访问冲突避免)机制; | ||
- | 帧过滤筛选(filtration); | ||
- | 自动应答; | ||
- | mac层管理服务: | ||
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- | 建立并维护个域网(PAN); | ||
- | 关联请求/ | ||
- | Beacon 帧构造和请求; | ||
- | II. network layer | ||
- | 网络层数据服务 | ||
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- | 单播/ | ||
- | 网络管理服务和维护 | ||
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- | 建立一个新的网络; | ||
- | 运行设备加入网络; | ||
- | 邻居表支持实现; | ||
- | 网络发现; | ||
- | 加入网络; | ||
- | 离开网络; | ||
- | 解决并解决地址冲突; | ||
- | 管理PANID冲突; | ||
- | 路由中继; | ||
- | 网络配置; | ||
- | Frequency agility | ||
- | 终端设备(End Device)超时协议,老化机制; | ||
- | III. application layer | ||
- | 需要明白的是,mac和nwk已经完成zigbee协议规范的所有功能集合,apl之内的zdo、aps、af、zdp都是为应用和交互nwk层服务的,其不再需要继续实现zigbee相关功能。 | ||
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- | zdo | ||
- | zdo属于apl, | ||
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- | 实现除af应用端点之外的,包含nwk、aps、ssp初始化; | ||
- | 解析用户应用的不同配置实现包含,Primary Discovery Cache Device Operation、Device and Service Discovery 、安全管理、网络管理、绑定管理、Node Manager 、Group Manager 服务。 | ||
- | zcl | ||
- | zcl 是zigbee 应用框架层上用以约定抽象描述物联网设备的协议规范,zigbee 将不同的物联网设备按照功能分类分解成单个cluster 元素,而zcl就是所有cluster的集合,也就是对于不同厂商需要的物联网产品,都可以基于zcl 的中cluster描述,通过这样的标准设备描述语言,实现真正意义的万物互联。 | ||
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- | 如下是物联网设备中典型设备开关/ | ||
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- | zcl 框图 | ||
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- | 提示:详细zcl协议概述参考 http:// | ||
- | bdb | ||
- | bdb 是zigbee 应用层上面的纯接口层,提供了设备操作网络相关的交互行为,也就是bdb已经概况总结了可能的人机操作网络的行为(例如,建立网络/ | ||
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- | 提示:详细信息参考http:// | ||
- | IV. zigbee frame construct | ||
- | 有了如上描述分层结构认识和功能概况,也可以对应zigbee 空中包加深认识,如下数据结构,从mac从开始每层包含一个协议头和数据负载,依次向上,上层的帧构造是基于下一层的数据负载。 | ||
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- | 对应mac层,这里展开了协议头,由一些列的标志位来表示mac层的协议实现。 | ||
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- | zigbee 帧构造 | ||
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- | 有了上面的帧构造认识,我们就可以清晰解析如下空包,但是具体的协议头和数据负载解析还需要按照ieee组织和zigbbee 联盟协议规范对应章节的帧构造查询。 | ||
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- | zigbee 一完整数据帧 | ||
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- | 这里总结了所有分层实现的帧构造对应章节,方便直接查询。 | ||
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- | 层 帧构造 | ||
- | zcl zigbee sepecification.pdf -> | ||
- | aps zigbee specification.pdf -> | ||
- | nwk zigbee sepecification.pdf -> | ||
- | mac 802.15.4-2011.pdf-> | ||