ZigBee第2章 ZigBee无线传感器网络通信标准
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物理层（PHY）
物理层数据服务
原语 PD-DATA
请求
确认
原语形式
PD-DATA.request
PD-DATA.confirm
指示 PD-DATA.indication
响应 ×
---
说明
发送和接收 物理层数据 单元
PD-DATA.request ( psduLength, psdu )
PD-DATA.confirm ( status )
-
A.request A.confirm
×
×
PLME-ED PLME-ED -
-
.request .confirm
Z-Stack协议栈实现：radioComputeED()
MAC/LowLevel/mac_radio.c
×
×
PLME-GE PLME-GE -
-
T.request T.confirm
×
通用射频规范 1. 能量检测（ED）
2.链路质量指示（LQI）
3.空闲信道评估（CCA）
3
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
物理层服务规范
PD-SAP 物理层
PLME-SAP
PLME
PHY PIB
RF-SAP
4
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
5
PD-DATA.indication ( psduLength, psdu, ppduLinkQuality )
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
物理层管理服务
原语 PLME-CCA
PLME-ED
PLME-GET
请求
确认
指示 ×
响应 ×
PLME-CC PLME-CC -
向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME） 请求 物理 层 PIB相 关属性的值 向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME）请求设置物理层PI B相关属性的值
向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME）请求改变收发机内 部的工作状态
6
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
媒体介质访问层（MAC）
MCPS-SAP
MAC 公共部分子层
PD-SAP
MLME-SAP
MLME MAC PIB
PLME-SAP
7
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
MAC层功能描述
IEEE802.15.4标准MAC层主要完成以下几项功能： 使用CSMA-CA的信道访问机制 PAN网络的建立和运行 PAN网络的关联（association）和解关联（disassociation） 网络同步 MAC事务处理 两个对等MAC实体间的可靠链路保证 功耗考虑
1. 信道访问机制
2）超帧结构
信标帧
竞 争 访 问 期间
时间
无GTS的超帧结构
11
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN的建立和运行
1) 信道扫描
选择合适的通信信道
（1）ED扫描
（2）主动扫描 （3）被动扫描 （4）孤立扫描 仅FFD设备支持能量检测（ED）扫描和主动扫描
协调器分配短地址 解关联： 协调器或者关联的设备请求离开PAN
14
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN同步机制
设备与协调器保持同步
8
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
1. 信道访问机制
1）信道接入方式
IEEE 802.15.4规范中，MAC层采用载波侦听多址接入/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA )机制
目录
1
2.1 IEEE 802.15.4标准
2
2.2 ZigBee规范
1
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
1. 物理层（PHY）
--- 工作频率范围
频率/MHz
扩频Байду номын сангаас赛
码片速率 /(kchip.s-1)
调制方式
数据参数
比特速率/(kbps) 符号速 率 /(ksym 符号阶数 bol.s-1)
载波侦听： 多址接入： 冲突避免：
9
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
1. 信道访问机制
2）超帧结构
信标帧
竞争访问 期间
无冲突访问 期间
时间
具有GTS的超帧结构
10
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
关联和解关联
关联：设备在加入网络时，向协调器注册、身份认证
短地址的值 0x0000~0xFFFD 0xFFFE
0xFFFF
描述 设备可以使用的短地址模式 设备关联成功但是没有分配有效的短地址，在网络 通信中只能使用64位的扩展地址
设备尚未关联
×
PLME-SET PLME-SE PLME-SE -
-
T.request T.confirm
PLME-SET-
×
×
TRX-STATE
PLME-SE PLME-SE -
-
T-TRX-ST T-TRX-ST
ATE.requ ATE.confi
est
rm
说明 请求物理层管理实体
（PLME）执行空闲信道 评估（CCA） 请求物理层管理实体（P LME）执行能量检测（E D）
868–868.6
300
BPSK
20
868/915
902–928
600
BPSK
40
20
二进制
40
二进制
2450
2400~2483.5
2000
O-QPSK
250
2
62.5
十六进制
正交
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
1. 物理层（PHY）
--- 工作频率范围
12
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN的建立和运行 2) PAN标识符冲突检测
处理同一个POS范围内的两个PAN具有相同的PAN标识符
（1) 冲突检测 （2) 冲突解决
3) PAN建立 4) 信标产生 5) 设备发现
13
《ZigBee技术原理与实战》
物理层数据服务
原语 PD-DATA
请求
确认
原语形式
PD-DATA.request
PD-DATA.confirm
指示 PD-DATA.indication
响应 ×
---
说明
发送和接收 物理层数据 单元
PD-DATA.request ( psduLength, psdu )
PD-DATA.confirm ( status )
-
A.request A.confirm
×
×
PLME-ED PLME-ED -
-
.request .confirm
Z-Stack协议栈实现：radioComputeED()
MAC/LowLevel/mac_radio.c
×
×
PLME-GE PLME-GE -
-
T.request T.confirm
×
通用射频规范 1. 能量检测（ED）
2.链路质量指示（LQI）
3.空闲信道评估（CCA）
3
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2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
物理层服务规范
PD-SAP 物理层
PLME-SAP
PLME
PHY PIB
RF-SAP
4
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2.1 IEEE 802.15.4标准
5
PD-DATA.indication ( psduLength, psdu, ppduLinkQuality )
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
物理层管理服务
原语 PLME-CCA
PLME-ED
PLME-GET
请求
确认
指示 ×
响应 ×
PLME-CC PLME-CC -
向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME） 请求 物理 层 PIB相 关属性的值 向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME）请求设置物理层PI B相关属性的值
向 物 理 层 管 理 实 体 （ PL ME）请求改变收发机内 部的工作状态
6
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
媒体介质访问层（MAC）
MCPS-SAP
MAC 公共部分子层
PD-SAP
MLME-SAP
MLME MAC PIB
PLME-SAP
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《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
MAC层功能描述
IEEE802.15.4标准MAC层主要完成以下几项功能： 使用CSMA-CA的信道访问机制 PAN网络的建立和运行 PAN网络的关联（association）和解关联（disassociation） 网络同步 MAC事务处理 两个对等MAC实体间的可靠链路保证 功耗考虑
1. 信道访问机制
2）超帧结构
信标帧
竞 争 访 问 期间
时间
无GTS的超帧结构
11
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN的建立和运行
1) 信道扫描
选择合适的通信信道
（1）ED扫描
（2）主动扫描 （3）被动扫描 （4）孤立扫描 仅FFD设备支持能量检测（ED）扫描和主动扫描
协调器分配短地址 解关联： 协调器或者关联的设备请求离开PAN
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《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN同步机制
设备与协调器保持同步
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《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
1. 信道访问机制
1）信道接入方式
IEEE 802.15.4规范中，MAC层采用载波侦听多址接入/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA )机制
目录
1
2.1 IEEE 802.15.4标准
2
2.2 ZigBee规范
1
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
1. 物理层（PHY）
--- 工作频率范围
频率/MHz
扩频Байду номын сангаас赛
码片速率 /(kchip.s-1)
调制方式
数据参数
比特速率/(kbps) 符号速 率 /(ksym 符号阶数 bol.s-1)
载波侦听： 多址接入： 冲突避免：
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2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
1. 信道访问机制
2）超帧结构
信标帧
竞争访问 期间
无冲突访问 期间
时间
具有GTS的超帧结构
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《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
关联和解关联
关联：设备在加入网络时，向协调器注册、身份认证
短地址的值 0x0000~0xFFFD 0xFFFE
0xFFFF
描述 设备可以使用的短地址模式 设备关联成功但是没有分配有效的短地址，在网络 通信中只能使用64位的扩展地址
设备尚未关联
×
PLME-SET PLME-SE PLME-SE -
-
T.request T.confirm
PLME-SET-
×
×
TRX-STATE
PLME-SE PLME-SE -
-
T-TRX-ST T-TRX-ST
ATE.requ ATE.confi
est
rm
说明 请求物理层管理实体
（PLME）执行空闲信道 评估（CCA） 请求物理层管理实体（P LME）执行能量检测（E D）
868–868.6
300
BPSK
20
868/915
902–928
600
BPSK
40
20
二进制
40
二进制
2450
2400~2483.5
2000
O-QPSK
250
2
62.5
十六进制
正交
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
物理层（PHY）
1. 物理层（PHY）
--- 工作频率范围
12
《ZigBee技术原理与实战》
2.1 IEEE 802.15.4标准
媒体介质访问层（MAC）
PAN的建立和运行 2) PAN标识符冲突检测
处理同一个POS范围内的两个PAN具有相同的PAN标识符
（1) 冲突检测 （2) 冲突解决
3) PAN建立 4) 信标产生 5) 设备发现
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《ZigBee技术原理与实战》