ZigBEE RF4CE规范基本概念及配对详细讲解
ZigBEE-RF4CE规范基本概念及配对详细讲解
一．节点的安装初始化1.1建立网络的过程(1)目标节点：首先，扫描信道，对各个信道进展能量检测，选择可允许能量水平的信道进展操作。
然后，发送执行活动的扫描操作，识别其他在工作在所选信道上的属于其他PAN网络的identifiers，允许一个统一的PAN identifier接入它的网络。
最后，目标节点运行常规功能。
(2)控制节点：接入网络之后，运行常规功能。
二.网络帧结构Frame control：控制信息Frame counter：技术，防止重复和延时攻击Profile identifier：应用帧的传输格式Vendor identifier：供给商标识符，允许商家进展扩展Frame payload：传输的应用层数据Message integrity code：进展认证〔安全〕三.传输选项四.发现〔Discovery〕发现服务必须是在非节能模式下才能进展。
节点通过执行发现服务，来寻找能够进展配对的节点；发现服务会在一个固定的期间在三个PAN网络中重复的进展，直到收到所有的应答。
在此期间，设备之间会交换如下信息：Node capabilities：节点的类型〔目标节点或控制节点〕，节点的供电类型，是否支持安全性。
Vendor information：ZigBee RF4CE提供一个Vendor identifier或者vender string 来制定一个特定的供给商标识。
Application information：用户自定义一个字符串用来描述节点的应用功能〔例如Lounge TV〕，一个设备类型列表可以制定哪些类型的设备室被支持的〔例如一个综合性设备可能同时支持TV和DVD的功能〕，profile identifier列表制定该节点支持哪些类型的profiles。
Requested device type：discovery期间可以被请求的设备类型〔比如一个多功能遥控器可能寻找TV的功能〕。
ZigBee基础知识概要ppt课件
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二、各种无线通信的特点
1.RFID(Radio Frequency Identification)
应用前景
任何对象的读取、识别和跟踪任务可以受益于的RFID技术应 用，特别是当每个数据都必须被写入到芯片、被授权用户修改以 及防止对可分段存储器的非授权访问的场合，都可以采用该技术， 如取代现行使用的条形码
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ZigBee发展历史
2000年12月IEEE(美国电子和电气工程师协会)成立了802.15.4工作组，致 力于开发低成本、低功耗和低速率的无线连接技术。
2001年8月，美国发起成立ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为 IEEE 802.15.4标准。
2003年5月，IEEE 802.15.4标准获得通过。 目前ZigBee联盟在全球有300多个成员公司(包括日本三菱电气公司、美
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二、各种无线通信的特点
1.RFID(Radio Frequency Identification)
识别距离
1～30米，无须要光源
工作频率
低频RFID芯片(无源)工作在130 kHz左右；高频 RFID工作在13.56MHz左右。
工作速度
实现每秒30个对象的识别，对付最大速度为 < 1m/s的运动目标.数据传输速度26kbps.
Zigbee操作说明
一．Android软件安装配置，导入项目安装pad驱动测试对应源码是否成功使用无线路由器组建局域网，并将摄像头配置进来ZIGBEE用万用表测出2,3,5口：具体使用：将万用表的开关拨到箭头的地方，然后测线路是否通，如果有响声，即是联通的。
串口线和ZIGBEE连接时对应的点：2口：tx; 3口:rx 5口:GND继电器Vin1连接12伏电源GND2连接地D+5连接智能终端的RS485的左边D-6连接智能终端的RS485的右边使用智能终端的使用：1) 连接电源：PWR：左黑右红，红为5伏电源，黑为底线2）串口线连接PC，进行配置查询： AT+AA_BASE_ADDRESS=1返回结果，0,硬件地址设置地址： AT+AA_BASE_ADDRESS=0，A1108 注意：1108为自己设定的硬件地址（0——F）查询：AT+R_AA_Z_NODE返回结果AT+AA_Z_NODE=C 注：C为协调器设置信道：AT+AA_Z_CHANNEL=11 注：11为自行设定的信道（值为11-26）设组网地址：AT+AA_Z_PAN_ID=1105 注：1105为自行设定的组网地址自此，智能终端设置完成设置ZIGBEE连接电源连接串口线，设置235，黑的是5,黄的是2，绿的是3通过串口线连接PC,进行设置：查询硬件地址：AT+AZ_BASE_ADDRESS=1返回结果0，Z硬件地址设置硬件地址：AT+AZ_BASE_ADDRESS=0，Z1109 注：1109为自行设定的硬件地址（这个地址必须区别于智能终端的硬件地址）设置工作模式：AT+AZ_BASE_WORKMODE=0,2设置为路由器：AT+AZ_Z_NODE=R设置信道：AT+AZ_Z_CHANNEL=11 注：11为上述设置的信道AT+AZ_Z_PAN_ID=1105 注：1105为上述设置的组网地址设置工作模式：AT+AZ_BASE_WORKMODE=0,2将门磁连上：门磁的两头分别连接ZIGBEE的GND和IN两口关于继电器1）继电器就是一个开关2）一个继电器有四对：第一队：AG,A1，A2,;第二队：10,11,12；第三队：13,14,15；第四对：16,17,18。
ZigBee绑定指南
一、绑定(Binding)绑定是一种控制两个或者多个设备应用层之间信息流传递的机制。
在ZigBee2006发布版本中，它被称为源绑定，所有的设备都可以执行绑定机制。
绑定允许应用程序发送一个数据包而不需要知道目标设备的短地址（此时将目标设备的短地址设置为无效地址0xFFFE）。
应用支持子层（APS）从它的绑定表中确定目标设备的短地址，然后将数据发送给目标应用或者目标组。
如果在绑定表中找到的短地址不止一个，协议栈会向所有找到的短地址发送数据。
说明：绑定是基于设备应用层端点的绑定，而且绑定只能在互为"补充的"设备间被创建。
也就是说，当两个设备已经在他们的简单描述符结构中登记为一样的命令ID,并且一个作为输入另一个作为输出时,绑定才能成功。
图1：绑定图示上图为两个设备建立的绑定关系，从上图我们理解绑定是基于端点(endpoint)的绑定。
在设备1中端点号（endpoint）为3的开关1与设备2中端点号（endpoint）为5、7、8的灯建立了绑定。
设备1中端点号（endpoint）为2的开关与设备2中端点号（endpoint）为17的灯建立了绑定。
二、建立绑定表(Building a Binding Table)有三种方法可以建立一个绑定表：●Zigbee Device Object Bind Request（ZDO绑定请求）——通过一个命令告诉设备创建一个绑定表记录●Zigbee Device Object End Device Bind Request（ZDO终端绑定请求）——两个设备可以告诉协调器它们想要建立一个绑定表记录。
协调器来协调并在两个设备中创建绑定表记录。
●Device Application（设备应用）—一个设备上的应用程序建立或者管理一个绑定表三、绑定表的建立TI的Zstack2006协议栈中提供两种可用的机制来配置设备绑定:(1)如果目的设备的扩展地址是已知的(2)如果目的设备的扩展地址是未知的3.1、已知扩展地址的绑定如果已经知道要绑定目标设备的扩展地址，那么在源设备端只需通过函数zb_BindDevice ()函数便可以进行绑定，zb_BindDevice ()中地址要设置为目标设备的扩展地址。
zigbee基本概念及协议术语
zigbee基本概念及协议术语1. 逻辑设备类型协调器（coordinator），路由器（router），终端设备（end-device）•ZigBee 协调者---coord为协调者节点*–每各ZigBee网络必须有一个.–初始化网络信息.协调器是一种特殊的路由器（待确认）•ZigBee 路由器---router为路由节点*–路由信息•ZigBee 终端节点---rfd为终端节点*–没有路由功能–低价格2 . 2.4GHz射频信道分为16个独立信道。
3. 绑定应用设备之间信息流的控制机制。
有直接绑定（OTA）、间接绑定、直接绑定（通过串口）4. 配置文件profile 应用程序框架5. 端点endpoint 每个ZigBee设备支持多达240个端点6. NWK寻址地址类型：ZigBee设备有一个64位IEEE长地址（MAC地址）通常用一个16位短地址表识网络地址分配由协调器完成相关参数：5 max_depth 网络的最大深度6 Max_children 路由器或协调器节点连接子节点最大个数20 Max_router 路由器或协调器处理的具有路由能力的子节点最大个数它是max_children的子集数据包传送单点unicast 多点multicast 广播broadcast路由：经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的节点。
F8wconfig.cfg配置路由看了下面就不用纠结了。
配置文件(profile)：Zigbee协议的配置文件是对逻辑组件及其相关接口的描述，是面向某个应用类别的公约、准则．通常没有程序代码与配置文件相关联．属性（attribute）：设备之间通信的每一种数据像开关的状态或温度计值等皆可称为属性．每个属性可得到唯一的ＩＤ值．簇（cluster）：多个属性的汇集形成了簇，每个簇也拥有一个唯一的ＩＤ．虽然个体之间传输的通常是属性信息，但所谓的逻辑组件的接口指的却是簇一级的操作，而非属性一级．终端（endpoint）：每个支持一个或多个簇的代码功能块称为终端．不同的设备通过它们的终端及所支持的簇来进行通信．Cluster: is a container for one or more attributes. (一个或更多属性的集合)Attribute: a data entity which represents a physical quantity or state.（反映物理特性或状态的一个数据实体）Cluster是逻辑设备之间的事务关系Cluster定性Attribute则是某种事务关系的具体特例Attribute定量Endpoint是一个逻辑设备（个人理解为入口地址）。
ZigBee基本知识
ZigBee的主要特性
• 可靠的数据传输 ZigBee的媒体接入层采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection))接入算法，避开发送数据的竞 争和冲突。 • 大容量的网络 网络可容纳65000个设备。
ZigBee的主要特性
精简功能设备
• RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信 息。 • 附带有限的功能来控制成本和复杂性。 • 在网络中通常用作终端设备。 • RFD由于省掉了内存和其它电路，降低 了部件的成本。
ZigBee网络设备比较
ZigBee适合传输数据类型
• 周期性数据： 传感器数据、水电气表数 据、仪器仪表数据。 • 间段性数据：工业控制命令、远程网络 控制、家用电器控制 。 • 反复性低反应时间数据：如鼠标键盘数 据、 操作杆的数据。
读书遇到的问题
1. 精简功能设备是否可以直接与全功能设 备连接？ 2. ZigBee具备的频率变换是怎样改变频率 的? 3. CSMA/CA算法与CSMA/CD有什么实质 行的区别 4. ZigBee的处理增益是怎么回事，为什么 处理增益越大，其抗干扰能力越强
ZigBee的应用
• • • • • 智能家居 工业应用 智能交通 智能建筑 医院应用
智能家居
工业应用
智能交通
智能建筑
医院应用
服务原语
• 服务原语是一个抽象概念。它仅仅指定 了实现特定的服务需要传递的信息，而 与实现服务的具体方式无关。 • 一个服务包括一个和多个服务原语，原 语中的参数用来传递提供服务所要求的 信息。
ZIGBEE是什么技术
• ZigBee 是一种新兴的短距离无线通信技 术，是由英国Invevsys公司，日本三菱电 气公司以及美国摩托罗拉等公司在2002 年共同提出设计研究的。 • 其技术命名来自对蜜蜂采蜜过程的观察。 • ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4强有力的无 线物理层所规定的全部优点 。增加了逻 辑网络、网络安全和应用层。
Zigbee无线通信技术分析讲解1
三级安全模式
高安全 短时延
近距离 15ms 30ms
10～100m 1~3km
ZigBee的频带和数据传输率
频带 2.4GHz 868MHz 915MHz 780MHz (ATMEL FIRST) 国 欧 球 围 数据传输 250 kbps 20 kbps 40 kbps 250 kbps 16 1 10 4 数
ZigBee网络中传输的三类数据
周期性数据： 周期性数据：如家庭中水、电、气三表数据的传输；烟雾传感器 间断性数据：如电灯、家用电器的控制等数据的传输 间断性数据： 反复性的低反应时间的数据： 反复性的低反应时间的数据：如鼠标、操作杆传输的数据
100
1000
短 程 < < < < > > > > 程
文本Biblioteka 因特网/声音 因特网 声音
压缩图片 多通道数字图像
实际数据传输率> 低<实际数据传输率>高
线网络标
较
近距离无线通信技术
Zigbee技术及特征 技术及特征
IEEE802.15.4
ZigBee协议栈 Zigbee技术应用领域
什么是zigbee
器 RF功率放大器 RF 放大器 线 电源 线 电源
短距离无线通信技术特点
发射功率：几微瓦~100微瓦 通信距离：几厘米~几百米 主要在房间内使用 全向天线和线路板天线 不需要申请无线频道 高频操作
UWB NFC
短程无线网络标准
WWAN
传 输 范 围
WMAN
WLAN
WPAN
0.01
0. 1 1 10 数据传输率（ 数据传输率（Mbps） ）
上层软件包及应用描述 兼容性及认证测试 商标
ZIGBEE协议简介及RF-SIM应用
一ZIGBEE协议简介1、引言随着通信技术的快速发展，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。
各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化等都迫切需要一种具备低成本、近距离、低功耗、组网能力强等优点的无线互联标准，Zigbee 就是在这样的背景下应运而生的。
Zigbee联盟成立于2001年8月。
2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司和荷兰飞利浦半导体公司共同宣布，将加盟“Zigbee联盟”来研发下一代无线通信标准“Zigbee”。
这一标准主要用于近距离无线连接，适合承载数据流量较小的工业控制、医用设备控制、汽车自动化、农业自动化和消费性电子设备等。
2、Zigbee技术（1）IEEE802.15.4IEEE802.15.4标准是由IEEE无线个人局域网（PAN）工作组制定的。
这一标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10m左右的低速率连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等应用领域。
IEEE802.15.4工作在工业科学医疗（ISM）频段，定义了两个物理层，即2.4GHz频段物理层和868MHz（欧洲）/915 MHz（北美）频段物理层。
在802.15.4标准中，总共分配了27个具有三种速率的信道：在2.4 GHz频段有16个速率为250 kbit/s的信道，在915 MHz频段有10个40 kbit/s的信道，在868 MHz频段有1个20 kbit/s的信道。
物理层：IEEE802.15.4物理层的主要功能包括：激活和休眠射频收发器,信道能量检测,信道接收数据包的链路质量指示,空闲信道评估,收发数据。
数据链路层IEEE802系列标准把数据链路层分为媒质接入层MAC和逻辑链路控制层LLC。
IEEE802.15.4的MAC子层支持多种LLC标准。
MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输;而LLC子层在MAC子层的基础上,给设备提供面向连接和无连接的服务。
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一．节点的安装初始化1.1建立网络的过程(1)目标节点：首先，扫描信道，对各个信道进行能量检测，选择可允许能量水平的信道进行操作。
然后，发送执行活动的扫描操作，识别其他在工作在所选信道上的属于其他PAN网络的identifiers，允许一个统一的PAN identifier接入它的网络。
最后，目标节点运行常规功能。
(2)控制节点：接入网络之后，运行常规功能。
二.网络帧结构Frame control：控制信息Frame counter：技术，防止重复和延时攻击Profile identifier：应用帧的传输格式Vendor identifier：供应商标识符，允许商家进行扩展Frame payload：传输的应用层数据Message integrity code：进行认证（安全）三.传输选项四.发现（Discovery）发现服务必须是在非节能模式下才能进行。
节点通过执行发现服务，来寻找能够进行配对的节点；发现服务会在一个固定的期间内在三个PAN网络中重复的进行，直到收到所有的应答。
在此期间，设备之间会交换如下信息：Node capabilities：节点的类型（目标节点或控制节点），节点的供电类型，是否支持安全性。
Vendor information：ZigBee RF4CE提供一个Vendor identifier或者vender string 来制定一个特定的供应商标识。
Application information：用户自定义一个字符串用来描述节点的应用功能（例如Lounge TV），一个设备类型列表可以制定哪些类型的设备室被支持的（例如一个综合性设备可能同时支持TV和DVD的功能），profile identifier列表制定该节点支持哪些类型的profiles。
Requested device type：discovery期间可以被请求的设备类型（比如一个多功能遥控器可能寻找TV的功能）。
五、频率捷变（1）目标节点可以根据3个信道的变化，更换信道。
（2）控制节点会记录目标节点的信道，当目标节点信道发生改变时，控制节点会尝试从其他信道发送给目标节点，直到目标节点发送确认信息；之后，控制节点会记录上新的信道。
六、配对在发现期间，当节点确定在它的通信范围有其他能够提供稳定服务的节点时，可以通过建立配对从而进行通信。
在RC网络中在存在配对的发送端和接收端之间只能直接通信。
配对连接可以建立在应用层的要求上，通过交换类似于discovery期间交换的消息。
目标节点可以选择是否接受配对并发送请求配对信息给源节点。
配对成功后，源节点和目标节点会在它们各自的配对表中存储配对链接。
这个使得源节点可以和目标节点通信，目标节点也可以和源节点通信。
在配对表中的实体包含网络层传输信息给目标节点的所有信息。
这消除了寻址的负担，要实现和相应设备的通信，应用层可以简单的提供一个链接配对表的index。
配对表中的每个实体包含的信息如下：Pairing referenceSource network addressDestination logical channelDestination IEEE addressDestination PAN identifierDestination network addressRecipient nod capabilitiesRecipient frame counterSecutity link key七．ZigBee RF4CE 应用层两部分组成：profile component（CERC标准，远程控制）和application-specific component八．ZigBee 中原语（primitive）的概念Zigbee设备在工作时，各种不同的任务在不同的层次上执行，通过层的服务，完成所要执行的任务。
每一层的服务主要完成两种功能：根据下层服务要求，为上层提供相应的服务；根据上层的服务要求，对下层提供相应的服务。
各项服务通过原语来实现。
每个事件由服务原句组成，它将在一个用户的某一层，通过该层的服务接入点（SAP）与建立对等连接的用户的相同层之间通信。
服务原语通过提供一种特定的服务来传输必要的信息，原语是一个抽象的概念，它们仅仅指出提供的服务内容，而没有指出具体由谁来提供这些服务。
由代表其特点的服务原语和参数的描述来制定一种服务。
一种服务可能有一个或者多个相关的原语，这些原语构成了具体服务相关的执行命令。
原语通常分为如下：Request：请求原语，从I1用户发送到它的第N层，请求服务开始；Indicate:指示原语，从I1用户的第N层向I2用户发送，指出对于第I2用户有重要意义的内部N层的事件。
Response：响应原语，从I2用户向它的第N层发送，用来表示用户执行上一条原语调用过程的响应。
Confirm:确认原语，由第N层向第I1用户发送，用来传递一个或者多个前面服务请求原语的执行结果。
九．网络层规范9.1 NWK层服务规范NLDE网络数据实体，NLME网络管理实体9.1.1 NWK层数据服务数据服务中包含的原语如下表所示：1.NLDE-DATA.request(PairingRef, 用这个参数来区分各个服务ProfileId,VendorId,nsduLength,nsdu,TxOptions)2.NLDE-DATA.indication(PairingRef,ProfileId,VendorId,nsduLength,nsdu,RxLinkQuality,RxFlags)3.NLDE-DATA.confirm 确认原语是在响应请求原语时产生的(Status（SUCCESS, INVALID_PARAMETER, NO_PAIRING, NO_RESPONSE, FRAME_COUNTER_EXPIRED ）PairingRef)节点间原语发送情况：9.1.2 NWK层管理服务NLME-SAP支持的原语，如下面列表所示：1.NLME-AUTO-DISCOVER.request该原语由NLME层生成，允许应用请求NLME自动的处理接收到的discovery请求命令帧。
注意：在自动discovery响应模式下，NLME不会通过NLME-DISCOVERY.indication原语通知应用层dciscovery请求命令帧到达。
1.1 语义NLME-AUTO-DISCOVERY.request(RecAppCapabilities, 节点的应用能力RecDevTypeList, 节点支持的设备类型RecProfileIdList, 节点支持的profile标识AutoDiscDuration NLME自动响应发现模式的时间)1.2 产生时刻该原语产生于本地应用实体，使得NLME进入自动响应发现模式。
该模式下，NLME根据原语中包含的信息决定是否响应或接受发现原语命令帧的请求。
如果节点收到的命令帧不是discovery request，将会被丢弃。
1.3 接收端影响（1）收到 NLME-AUTO-DISCOVERY.request请求之后，节点匹配原语中的设备类型列表，profile列表，如果找到一个匹配项，则继续等待来自同一个节点的下一个发现请求命令帧。
(2）如果第二个发现请求命令帧也匹配，NLME层产生一个发现应答命令帧，NLME层通过发送一个MSPS-DATA.request给MAC子层，来实现发现应答命令帧的发送（MSPS-DATA.request包含了NLME产生的发现应答命令帧）。
(3)NLME层收到MAC子层的MSPS-DATA.confirm之后，发送NLME-AUTO-DISCOVERY.confirm原语（状态为MSPS-DATA.request原语返回的状态）给对方的NLME层。
(4)如果收到的第二个发现请求命令是来自另外的节点，发送NLME-AUTO-DISCOVERY.confirm原语（状态为DISCOVERY_ERROR）;（5）如果匹配不成功，则丢弃这个请求信息，并做记录。
(6)如果在AutoDiscDuration时间范围内都没有发现有匹配的项，则NLME-AUTO-DISCOVERY.confirm原语（状态为DISCOVERY_TIMEOUT）；2、NLME-COMM-STATUS. indication该原语由NLME层生成，NLME层通过该原语告知应用层通信的状态。
2.1 语义NLME-COMM-STATUS.indication (Status,（SUCCESS, SECURITY_TIMEOUT, SECURITY_FAILURE or anything from the MCPS-DATA.confirm primitive）PairingRef,DstPANId,DstAddrMode,DstAddr)2.2 产生时刻该原语伴随着NLME-DISCOVERY.response原语或者 NLME-PAIR.response原语生成. 如果是伴随NLME-DISCOVERY.response，则PairingRef应设置为oxff；如果是伴随NLME-PAIR.response，则PairingRef应根据NLME-PAIR.response的ProvPairingRef参数来设定。
2.3接收端影响the application is notified of the status of a transmission following a .response primitive.3、NLME-DISCOVERY.request用于请求NLME向特定的感兴趣的设备发送discovery请求。
3.1 语义NLME-DISCOVERY.request(DstPANId, 发现请求的目标的PAN标识符，这个值可以设置为0xffff来表示一个通配符（wildchild）。
DstNwkAddr, 发现请求的目标的网络地址，这个值可以设置为0xffff来表示一个通配符。
OrgAppCapabilities,源节点的应用能力OrgDevTypeList,源节点包含的设备类型列表OrgProfileIdList,源节点包含的profile类型列表SearchDevType,要发现的设备类型DiscProfileIdListSize, DisProfileList参数中包含的profile标识符的数量DiscProfileIdList,ZigBee联盟定义的一些profile列表DiscDuration 每个信道中潜在目标节点等待发现应答返回的最大MAC标志数量)3.2 产生时刻该原语由本地的应用层实体产生，发送给NLME层，用去请求一个发现操作。