ZigBee Specification（ZigBee Document 05-3474-21）
文章目录
ZigBee Document 05-3474-21
August 5, 2015
Sponsored by: ZigBee Alliance
1、ZigBee 协议概述
1.1 协议描述
ZigBee联盟已经开发了一种非常低成本，非常低功耗的双向无线通信标准。 采用ZigBee标准的解决方案将被嵌入消费电子，家庭和楼宇自动化，工业控制，PC外设，医疗传感器应用，玩具和游戏中。
1.1.1 范围
本文档包含与ZigBee协议标准有关的规范，接口描述，对象描述，协议和算法，包括 应用程序支持子层（APS），ZigBee 设备对象（ZDO），ZigBee 设备规范（ZDP），应用程序框架 ，网络层（NWK）和 ZigBee安全服务。
1.1.2 目的
本文档的目的是提供 ZigBee 协议标准的权威描述，以作为将来实现的基础，以便使许多公司都可以在本文档的基础上将 ZigBee标准纳入平台和设备中，以实现互操作，低成本 ，以及用于新兴无线市场的高度可用的产品。
1.1.3 协议栈架构
ZigBee 协议栈 体系结构由一组称为层的块组成。每一层为上一层执行一组特定的服务。数据实体提供数据传输服务，管理实体提供所有其他服务。每个服务实体都通过 服务访问点（SAP）向上层公开一个接口，并且每个SAP支持许多服务原语以实现所需的功能。
IEEE 802.15.4 标准定义了两个较低的层：物理（PHY）层和媒体访问控制（MAC）子层。 ZigBee联盟 通过提供网络（NWK）层和应用程序层的框架在此基础上构建。应用程序层框架由应用程序支持子层（APS）和 ZigBee设备对象（ZDO）组成。制造商定义的应用程序对象使用该框架，并与ZDO共享APS和安全服务。
PHY层在两个单独的频率范围内运行：868/915 MHz和2.4 GHz。低频PHY层覆盖了在美国和澳大利亚等国家使用的868 MHz欧洲频段和915 MHz频段。高频PHY层实际上在世界范围内使用。 PHY层的完整描述可以在[B1]中找到。
MAC子层使用CSMA-CA机制控制对无线电信道的访问。 它的职责还可能包括传输信标帧，同步并提供可靠的传输机制。 在[B1]中可以找到 IEEE 802.15.4 MAC子层的完整描述。 图1.1表示ZigBee 协议栈 体系结构的轮廓。
1.1.4 网络拓扑
ZigBee网络层（NWK）支持星形，树形和Mesh拓扑。在星形拓扑中，网络由称为ZigBee协调器的单个设备控制。 ZigBee协调器 负责启动和维护网络上的设备。所有其他设备（称为终端设备）直接与ZigBee协调器通信。在Mesh和树形拓扑中，ZigBee协调器 负责启动网络并选择某些关键网络参数，但是可以通过使用 ZigBee路由器 来扩展网络。在树形网络中，路由器使用分层路由策略在网络中移动数据和控制消息。树状网络可以采用 IEEE 802.15.4规范中所述的面向信标的通信。网状网络允许完整的对等通信。Mesh网络中的 ZigBee路由器 当前不发出常规的 IEEE 802.15.4信标。本规范仅描述PAN内网络，即在同一网络内通信开始和终止的网络。
1.2 约定和缩写
1.2.3 传输顺序
除非另有说明，否则本规范中所有帧的传输顺序均遵循[B1]中使用的约定：
- 帧格式按PHY层从左到右的传输顺序进行了描述，其中最左位在时间上先传输。
- 每个字段中的位从0（最左边和最低有效位）到k-1（最右边和最高有效位）编号，其中字段的长度为k位。
- 长度大于单个八位位组的字段按从编号最低的八位组到编号最高的八位组的顺序发送到PHY。
1.2.4 字符串和字符串操作
字符串是特定集合（例如，二进制字母{0,1}或所有八位字节的集合）上的一系列符号序列。 字符串的长度是它包含的符号数（在同一字母上）。 空字符串的长度为0。长度为m和n的两个字符串x和y的右连接（符号：x || y）是长度为 m + n 的字符串z，与最左边的m个符号中的x一致 y的最右边的n个符号。 一个八位位组是长度为8的符号字符串。在我们的上下文中，所有八位位组都是二进制字母上的字符串。
1.3 缩略语
| 序号 | 缩写 | 定义（Definition） | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | AF |
Application Framework | 应用程序 框架 |
| 2 | AIB |
APS Information Base | APS 信息库 |
| 3 | APDU |
Application Protocol Data Unit | 应用 协议数据单元 |
| 4 | APL |
Application layer | 应用层 |
| 4 | APS |
Application Support (sub-layer) | 应用程序支持（子层） |
| 5 | APSDE |
Application Support (sub-layer) Data Entity | 应用程序支持（子层）数据实体 |
| 5 | APSDE-SAP |
Application support sub-layer data entity – service access point | - |
| 6 | APSME |
Application Support (sub-layer) Management Entity | 应用程序支持（子层）管理实体 |
| 6 | APSME-SAP |
Application support sub-layer management entity – service access point | - |
| 6 | ASDU |
APS service data unit | - |
| 7 | BDB |
Base Device Behaviour | 基本设备行为 |
| 7 | CSMA-CA |
Carrier sense multiple access – collision avoidance. | - |
| 8 | EPID |
Extended PAN ID | 扩展PAN ID |
| 9 | HA |
Home Automation | 家庭自动化 |
| 10 | HVAC |
Heating, Ventilation and Air-Conditioning | 加热，通风和空调 |
| 12 | LQI |
Link quality indicator | - |
| 12 | NIB |
NWK Information Base | NWK信息库 |
| 13 | NPDU |
Network Protocol Data Unit | 网络 协议数据单元 |
| 14 | NWK |
Network | 网络 |
| 14 | MIC |
Message integrity code | - |
| 11 | PAN |
Personal Area Network | 个人区域网 |
| 15 | PDUM |
Protocol Data Unit Manager | 协议数据单元管理器 |
| 16 | PDM |
Persistent Data Manager | 永久数据管理器 |
| 17 | PIC |
Programmable Interrupt Controller | 可编程中断控制器 |
| 18 | PWRM |
Power Manager | 电源管理 |
| 18 | QoS |
Quality of service | - |
| 19 | SAP |
Service Access Point | 服务访问点 |
| 20 | ZCL |
ZigBee Cluster Library | ZigBee 集群库 |
| 21 | ZCP |
ZigBee Compliant Platform | ZigBee 兼容平台 |
| 22 | ZDO |
ZigBee Device Objects | ZigBee 设备对象 |
| 23 | ZDP |
ZigBee Device Profile | ZigBee 设备规范 |
| 24 | ZLL |
ZigBee Light Link | - |
| 25 | ZPS |
ZigBee PRO Stack | ZigBee PRO 协议栈 |
2、应用层规范
2.1 通用说明
ZigBee协议栈 体系结构包括许多分层组件，包括 IEEE 802.15.4媒体访问控制（MAC）层，物理（PHY）层和 ZigBee网络（NWK）层。 每个组件为应用程序提供自己的一组服务和功能。 尽管本章可能涉及 ZigBee协议栈 体系结构中的其他组件，但其主要目的是描述标有“ ZigBee协议概述”图1.1中所示的应用程序（APL）层的组件。
如图1.1所示，ZigBee应用程序层由APS子层，ZDO（包含ZDO管理平面）和制造商定义的应用程序对象组成。