物联网通信技术
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（7）有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。 可靠性：常用误码率和误信率表示。
4. 计算题
此消息中，“0”出现 23 次，“1”出现 14 次，“2”出现 13 次，“3”出现 7 次，共有 57 个符号，所以该消息的信息量为
2
I
23log2
3 8
14 log2
1 4
13log2
1 4
（6）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统。 按调制方式分类：基带传输系统和带通传输系统。 按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统。 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统。 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信和微波通信。 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。
事件引起。
③ 响应原语是从第 I2 用户向它的第 J 层发送，用来表示用户执行上一条原语调用过
程的响应。
④ 确认原语是由第 J 层向第 I1 用户发送，用来传递一个或多个前面服务请求原语的
执行结果。
（6）FFD 具备控制器的功能，可设置网络；FFD 可以和 FFD，RFD 通信，而 RFD 只
能和 FFD 通信，RFD 之间需要通信时只能通过 FFD 转发；FFD 不仅可以发送和接收数据，
第三步：设置网络ID。在找到合适的信道后，协调器将为网络选定一个网络标识符， 也即网络ID，网络 ID可以通过侦听或人为指定的方式获取，但要保证这个ID在所使用的信
相应的服务；另一种是根据上层的服务要求，对它的下层提供相应的服务。各项服务通过服
务原语来实现。
（5）ZigBee 原语有四种类型，分别是 request 请求原语，indication 指示原语，response
响应原语，confirm 确认原语。如下原语环境设置为一个具有 I 个用户的网络中，两个对等
（9）规定每个父节点最多可以连接 C 个子节点，这些子节点中最多可以有 R 个路由节 点，网络的最大深度为 L，Cskip（d）是网络深度为 d 的父节点为其子节点分配的地址之间 的偏移量，它的值按照如下公式计算：
（10）对于一个具有路由能力的节点，当接收到一个从网络层的更高层发出的发送数据 帧的请求，且路由表中没有和目的节点对应的条目时，它就会发起路由发现过程。源节点首 先创建一个路由请求分组，并使用多播的方式向周围节点进行广播。
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231.415 14 2 13 2 7 3
107.545 (b)
每个符号的算术平均信息量为
I I 107.545 1.89 (b / 符号） 符号数 57
第3章
1．填空题
（1） 最短跳数 （2） 协议栈 （3） IEEE802.15.4 （4） CSMA/CA （5） 网络深度 （6） AES-128 （7） 30 （8） 物理层 数据链路层 网络层 （9） 数据链路层 （10）ZigBee 联盟 （11） 数据实体 （12） PHD （13） 868/915MHz （14） 27 （15） 1 （16） 路由发现表 （17） 逻辑链路控制子层 （18） 0 （19） 0 （20） 维持绑定表 （21） ZigBee 设备对象 ZDO （22） 240 （23） 服务访问点 （24） 原语 （25） 请求原语 （26） 终端 （27） 全功能设备 （28） 16-bit 网络地址
还具备路由器的功能；RFD 的应用相对简单，例如在无线传感器网络中，它们只负责将采
集的数据信息发送给协调器节点，并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。采用极
少的存储容量就可以实现 RFD，它相对于 FFD 具有较低的成本。
（7）ZigBee 协调节点在 IEEE 802.15.4 标准中也称作 PAN 协调节点，在无线传感器网
（19） C
Biblioteka Baidu（20） C
3．简答题
（1）ZigBee 技术的数据传输率低；网络容量大；成本低、功耗低；安全、可靠；网络
速度快、时延短。
（2）通过 CSMA-CA 机制解决信道访问时的冲突；并且可实现发送信标或检测、跟踪
信标；能够处理和维护保护时隙（GTS）；实现设备间链路连接的建立和断开；为设备提供
4．设计题
（1）RFID 标签卡配置于每个老人的腕带上，当老人佩戴的腕带经过每一个检查点时，
读写器将从老人的 RFID 卡上读取老人的身份信息，并把信息发送到监控终端,监控终端便知
道该老人刚从某个区域移动至另一个区域。
（2） ① 人员管理：该功能允许管理人员在监控终端通过电脑查询全部老人的当前位置分布
（11）AODVjr算法的优点是相对于有线网络的路由协议而言，它不需要周期性的路由 信息广播，节省了一定的网络资源，并降低了网络功耗。缺点是在需要时才发起路由寻找过 程，会增加数据到达目的地址的时间。由于ZigBee网络中对数据的实时性要求不大，而更重 视对网络能量的节省，因此AODVjr非常适合应用在ZigBee网络中。
络中可以作为汇聚节点。需要注意的是：ZigBee 协调节点必须是全功能设备，也即 FFD，
而且在一个 ZigBee 网络中只能有一个 ZigBee 协调节点，它往往相比网络中其他节点功能更
强大，是整个网络的主控节点，主要负责发起建立新的网络，设定网络参数、管理网络中的
节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。ZigBee 协调节点
《物联网通信技术及应用》 （清华大学出版社 范立南、莫晔 等编著）
习题参考答案
第1章
1．填空题
（1） 网络传输层
（2） 短距离通信技术
（3） 射频信号
（4） 无线传感器
（5） 控制室设备 （6） 扩频技术
（7） 业务融合
（8） 云计算
2．选择题
（1）D
（2）A
（3）A
（4）B
（5）B
（6）A
3．简答题
Cluster-Tree算法的优点在于使不具有路由功能的节点间通过与各自的父节点间的通信 仍然可以发送数据分组和控制分组，但它的缺点是效率不高。为了提高效率，ZigBee中允许 具有路由功能的节点使用AODVjr算法去发现路由，让具有路由功能的节点可以不按照父子 关系而直接发送信息到其通信范围内的其他节点。
（12）第一个要求是初始组建网络的节点必须是全功能设备，简称FFD，也即要求该节 点具备Zigbee协调器的功能；第二个要求是该节点未与其他网络连接。
（13）第一步：确定网络协调器。在一个ZigBee网络中，哪个节点作为协调器一般由上 层规定，不在ZigBee协议规定的范围内。节点可以通过主动扫描的形式，发送一个信标请求 命令，并且设置一个扫描期限，如果在扫描期限内都没有检测到信标，就表明在其指定区域 内没有协调器，则该节点可作为网络的协调器，可以建立ZigBee网络。
（7）C
（8）B
（9）A
（10）C
（1）物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然
是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物
品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。
它由三个层次构成，即信息的感知层，网络传输层和应用层。贯穿这三个层次是公共支
4
都比较简单、容易实现。缺点是节点间的通信路径只有一条。协调器节点有可能成为整个网 络的瓶颈，若协调器节点故障，可致使整个网络瘫痪。
树状网络中枝干末端的叶子节点一般为 RFD。每一个在它的覆盖范围中充当协调点的 FFD 向与它相连的节点提供同步服务，这些协调点又受 ZigBee 协调点的控制，ZigBee 协调 节点具有较强的处理能力和较大的存储空问。优点：网络覆盖范围较大，可实现网络范围内 多跳的信息服务，具有一定的稳定性和可扩展性。缺点：信息的传输时延会增大，而且同步 也会变得比较复杂。
情况，以及每个老人当前的具体位置和健康状态，如血压、体温、心率等。
② 事件处理：该功能允许管理人员进行紧急事件处理，如接收老人腕带发出的警报以
便及时处理、或者接收老人的紧急呼叫请求等事件。
③ 语音广播：该功能允许管理人员在某些情况下进行广播。
④ 发送警报：该功能用于老人与监控终端进行通信。当佩戴腕带终端的老人摔倒、健
3
（29） ZigBee 协调器 ZigBee 路由器节点 ZigBee 终端节点
（30） 父节点
2．选择题
（1） B
（2） A
（3） A
（4） D
（5） A
（6） C
（7） C
（8） C
（9） A
（10） A
（11） B
（12） C
（13） D
（14） D
（15） B
（16） C
（17） A
（18） A
撑层，其作用是为整个物联网安全、有效地运行提供保障。
（2）RFID 射频识别技术， 蓝牙技术， ZigBee 技术， IRDA 红外连接技术，近距离
无线通信 NFC，Wi-Fi， 超宽带技术 UWB（Ultra Wideband） （3）M2M技术，Wireless HART技术，无线个域网（WPAN），移动通信
康信息异常、或者需要服务时向监控终端发出呼叫信息。
1
第2章
1．填空题
（1）信息 （2）噪声 （3）模拟 （4）基带、频带（载波） （5）并行
2. 选择题
（1）C （2）A （3）C （4） A （5）D
3. 简答题
（1）通信的目的是传递消息中包含的信息。 （2）发送端发出的消息，需要经过一个数据通道，才能将数据传送到对方。这个数据 通道称为信道，它是一个物理传输媒介。 （3）通信系统的一般模型是指由信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者、噪声 源几个组成部分构成的模型。 其中，信息源和发送设备可以合称为“发送端”；接收设备和受信者可以合称为“接收 端”。 （4）在模拟通信过程中，本质是利用模拟信号来传递信息，在这个传递过程中，有如 下两个变换。 一个变换，是模拟消息和原始电信号之间的变换：
网状网络一般是由若干个 FFD 连接在一起组成骨干网，它们之间是完全的对等通信， 每个节点都可以与它的无线通信范围内的其他节点通信，但它们中也有一个会被推荐为 ZigBee 协调点。网状拓扑具有更加灵活的信息路由规则，在可能的情况下，路由节点之间 可以直接通信，通信效率高。而且一个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路 由路径进行传输。 优点：自组织、自愈；缺点：实现复杂。
是三种类型 ZigBee 节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。
（8）ZigBee 网络层主要支持三种拓扑结构：分别是星状结构、网状结构和树状结构。
星状网络是由一个 ZigBee 协调节点和一个或多个 ZigBee 终端节点组成的．ZigBee 协
调节点位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络。这种拓扑形式的优点是设计和同步
模拟消息←→原始电信号（基带信号）
另一个变换，是基带信号与带通信号之间的变换：
基带信号←→已调信号（带通信号）
（5）发送端增加了信源编码、加密、信道编码部分；接收端增加了信道译码、解密、 信源译码部分。
信源编码与译码的目的是提高信息传输的有效性、完成模/数转换；加密与解密目的是 保证所传信息的安全；信道编码与译码目的是增强抗干扰能力。
用户及其与 J 层或子层对等协议实体建立连接的服务原语：
① 请求原语是从第 I1 用户发送到它的第 J 层，请求服务开始。
② 指示原语是从第 I1 用户的第 J 层向第 I2 用户发送，指出对于第 I2 用户有重要意义
的内部 J 层的事件。该事件可能与一个遥远的服务请求有关，或者可能是由一个 J 层的内部
第二步： 进行信道扫描。信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程：能量扫描的目 的是避免可能的干扰，节点通过对指定的信道或者默认的信道进行能量检测，以能量值递增 的方式对信道进行排序。在主动扫描阶段，节点搜索通信半径内的网络信息，通过主动扫描 方式捕获网络中广播的信标帧，寻找一个最好的、相对安静的信道，该信道应存在最少的 ZigBee网络，最好是没有ZigBee设备。
安全机制。
（3）初始化应用支持子层（APS），网络层（NWK），安全服务规范（SSS）；从终端应
用中集合配置信息来确定和执行发现、安全管理、网络管理、以及绑定管理。
（4）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：根据它的下层服务要求，为上层提供
4. 计算题
此消息中，“0”出现 23 次，“1”出现 14 次，“2”出现 13 次，“3”出现 7 次，共有 57 个符号，所以该消息的信息量为
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I
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（6）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统。 按调制方式分类：基带传输系统和带通传输系统。 按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统。 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统。 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信和微波通信。 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。
事件引起。
③ 响应原语是从第 I2 用户向它的第 J 层发送，用来表示用户执行上一条原语调用过
程的响应。
④ 确认原语是由第 J 层向第 I1 用户发送，用来传递一个或多个前面服务请求原语的
执行结果。
（6）FFD 具备控制器的功能，可设置网络；FFD 可以和 FFD，RFD 通信，而 RFD 只
能和 FFD 通信，RFD 之间需要通信时只能通过 FFD 转发；FFD 不仅可以发送和接收数据，
第三步：设置网络ID。在找到合适的信道后，协调器将为网络选定一个网络标识符， 也即网络ID，网络 ID可以通过侦听或人为指定的方式获取，但要保证这个ID在所使用的信
相应的服务；另一种是根据上层的服务要求，对它的下层提供相应的服务。各项服务通过服
务原语来实现。
（5）ZigBee 原语有四种类型，分别是 request 请求原语，indication 指示原语，response
响应原语，confirm 确认原语。如下原语环境设置为一个具有 I 个用户的网络中，两个对等
（9）规定每个父节点最多可以连接 C 个子节点，这些子节点中最多可以有 R 个路由节 点，网络的最大深度为 L，Cskip（d）是网络深度为 d 的父节点为其子节点分配的地址之间 的偏移量，它的值按照如下公式计算：
（10）对于一个具有路由能力的节点，当接收到一个从网络层的更高层发出的发送数据 帧的请求，且路由表中没有和目的节点对应的条目时，它就会发起路由发现过程。源节点首 先创建一个路由请求分组，并使用多播的方式向周围节点进行广播。
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log2
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log2
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log2
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log2
4
7
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231.415 14 2 13 2 7 3
107.545 (b)
每个符号的算术平均信息量为
I I 107.545 1.89 (b / 符号） 符号数 57
第3章
1．填空题
（1） 最短跳数 （2） 协议栈 （3） IEEE802.15.4 （4） CSMA/CA （5） 网络深度 （6） AES-128 （7） 30 （8） 物理层 数据链路层 网络层 （9） 数据链路层 （10）ZigBee 联盟 （11） 数据实体 （12） PHD （13） 868/915MHz （14） 27 （15） 1 （16） 路由发现表 （17） 逻辑链路控制子层 （18） 0 （19） 0 （20） 维持绑定表 （21） ZigBee 设备对象 ZDO （22） 240 （23） 服务访问点 （24） 原语 （25） 请求原语 （26） 终端 （27） 全功能设备 （28） 16-bit 网络地址
还具备路由器的功能；RFD 的应用相对简单，例如在无线传感器网络中，它们只负责将采
集的数据信息发送给协调器节点，并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。采用极
少的存储容量就可以实现 RFD，它相对于 FFD 具有较低的成本。
（7）ZigBee 协调节点在 IEEE 802.15.4 标准中也称作 PAN 协调节点，在无线传感器网
（19） C
Biblioteka Baidu（20） C
3．简答题
（1）ZigBee 技术的数据传输率低；网络容量大；成本低、功耗低；安全、可靠；网络
速度快、时延短。
（2）通过 CSMA-CA 机制解决信道访问时的冲突；并且可实现发送信标或检测、跟踪
信标；能够处理和维护保护时隙（GTS）；实现设备间链路连接的建立和断开；为设备提供
4．设计题
（1）RFID 标签卡配置于每个老人的腕带上，当老人佩戴的腕带经过每一个检查点时，
读写器将从老人的 RFID 卡上读取老人的身份信息，并把信息发送到监控终端,监控终端便知
道该老人刚从某个区域移动至另一个区域。
（2） ① 人员管理：该功能允许管理人员在监控终端通过电脑查询全部老人的当前位置分布
（11）AODVjr算法的优点是相对于有线网络的路由协议而言，它不需要周期性的路由 信息广播，节省了一定的网络资源，并降低了网络功耗。缺点是在需要时才发起路由寻找过 程，会增加数据到达目的地址的时间。由于ZigBee网络中对数据的实时性要求不大，而更重 视对网络能量的节省，因此AODVjr非常适合应用在ZigBee网络中。
络中可以作为汇聚节点。需要注意的是：ZigBee 协调节点必须是全功能设备，也即 FFD，
而且在一个 ZigBee 网络中只能有一个 ZigBee 协调节点，它往往相比网络中其他节点功能更
强大，是整个网络的主控节点，主要负责发起建立新的网络，设定网络参数、管理网络中的
节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。ZigBee 协调节点
《物联网通信技术及应用》 （清华大学出版社 范立南、莫晔 等编著）
习题参考答案
第1章
1．填空题
（1） 网络传输层
（2） 短距离通信技术
（3） 射频信号
（4） 无线传感器
（5） 控制室设备 （6） 扩频技术
（7） 业务融合
（8） 云计算
2．选择题
（1）D
（2）A
（3）A
（4）B
（5）B
（6）A
3．简答题
Cluster-Tree算法的优点在于使不具有路由功能的节点间通过与各自的父节点间的通信 仍然可以发送数据分组和控制分组，但它的缺点是效率不高。为了提高效率，ZigBee中允许 具有路由功能的节点使用AODVjr算法去发现路由，让具有路由功能的节点可以不按照父子 关系而直接发送信息到其通信范围内的其他节点。
（12）第一个要求是初始组建网络的节点必须是全功能设备，简称FFD，也即要求该节 点具备Zigbee协调器的功能；第二个要求是该节点未与其他网络连接。
（13）第一步：确定网络协调器。在一个ZigBee网络中，哪个节点作为协调器一般由上 层规定，不在ZigBee协议规定的范围内。节点可以通过主动扫描的形式，发送一个信标请求 命令，并且设置一个扫描期限，如果在扫描期限内都没有检测到信标，就表明在其指定区域 内没有协调器，则该节点可作为网络的协调器，可以建立ZigBee网络。
（7）C
（8）B
（9）A
（10）C
（1）物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然
是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物
品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。
它由三个层次构成，即信息的感知层，网络传输层和应用层。贯穿这三个层次是公共支
4
都比较简单、容易实现。缺点是节点间的通信路径只有一条。协调器节点有可能成为整个网 络的瓶颈，若协调器节点故障，可致使整个网络瘫痪。
树状网络中枝干末端的叶子节点一般为 RFD。每一个在它的覆盖范围中充当协调点的 FFD 向与它相连的节点提供同步服务，这些协调点又受 ZigBee 协调点的控制，ZigBee 协调 节点具有较强的处理能力和较大的存储空问。优点：网络覆盖范围较大，可实现网络范围内 多跳的信息服务，具有一定的稳定性和可扩展性。缺点：信息的传输时延会增大，而且同步 也会变得比较复杂。
情况，以及每个老人当前的具体位置和健康状态，如血压、体温、心率等。
② 事件处理：该功能允许管理人员进行紧急事件处理，如接收老人腕带发出的警报以
便及时处理、或者接收老人的紧急呼叫请求等事件。
③ 语音广播：该功能允许管理人员在某些情况下进行广播。
④ 发送警报：该功能用于老人与监控终端进行通信。当佩戴腕带终端的老人摔倒、健
3
（29） ZigBee 协调器 ZigBee 路由器节点 ZigBee 终端节点
（30） 父节点
2．选择题
（1） B
（2） A
（3） A
（4） D
（5） A
（6） C
（7） C
（8） C
（9） A
（10） A
（11） B
（12） C
（13） D
（14） D
（15） B
（16） C
（17） A
（18） A
撑层，其作用是为整个物联网安全、有效地运行提供保障。
（2）RFID 射频识别技术， 蓝牙技术， ZigBee 技术， IRDA 红外连接技术，近距离
无线通信 NFC，Wi-Fi， 超宽带技术 UWB（Ultra Wideband） （3）M2M技术，Wireless HART技术，无线个域网（WPAN），移动通信
康信息异常、或者需要服务时向监控终端发出呼叫信息。
1
第2章
1．填空题
（1）信息 （2）噪声 （3）模拟 （4）基带、频带（载波） （5）并行
2. 选择题
（1）C （2）A （3）C （4） A （5）D
3. 简答题
（1）通信的目的是传递消息中包含的信息。 （2）发送端发出的消息，需要经过一个数据通道，才能将数据传送到对方。这个数据 通道称为信道，它是一个物理传输媒介。 （3）通信系统的一般模型是指由信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者、噪声 源几个组成部分构成的模型。 其中，信息源和发送设备可以合称为“发送端”；接收设备和受信者可以合称为“接收 端”。 （4）在模拟通信过程中，本质是利用模拟信号来传递信息，在这个传递过程中，有如 下两个变换。 一个变换，是模拟消息和原始电信号之间的变换：
网状网络一般是由若干个 FFD 连接在一起组成骨干网，它们之间是完全的对等通信， 每个节点都可以与它的无线通信范围内的其他节点通信，但它们中也有一个会被推荐为 ZigBee 协调点。网状拓扑具有更加灵活的信息路由规则，在可能的情况下，路由节点之间 可以直接通信，通信效率高。而且一个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路 由路径进行传输。 优点：自组织、自愈；缺点：实现复杂。
是三种类型 ZigBee 节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。
（8）ZigBee 网络层主要支持三种拓扑结构：分别是星状结构、网状结构和树状结构。
星状网络是由一个 ZigBee 协调节点和一个或多个 ZigBee 终端节点组成的．ZigBee 协
调节点位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络。这种拓扑形式的优点是设计和同步
模拟消息←→原始电信号（基带信号）
另一个变换，是基带信号与带通信号之间的变换：
基带信号←→已调信号（带通信号）
（5）发送端增加了信源编码、加密、信道编码部分；接收端增加了信道译码、解密、 信源译码部分。
信源编码与译码的目的是提高信息传输的有效性、完成模/数转换；加密与解密目的是 保证所传信息的安全；信道编码与译码目的是增强抗干扰能力。
用户及其与 J 层或子层对等协议实体建立连接的服务原语：
① 请求原语是从第 I1 用户发送到它的第 J 层，请求服务开始。
② 指示原语是从第 I1 用户的第 J 层向第 I2 用户发送，指出对于第 I2 用户有重要意义
的内部 J 层的事件。该事件可能与一个遥远的服务请求有关，或者可能是由一个 J 层的内部
第二步： 进行信道扫描。信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程：能量扫描的目 的是避免可能的干扰，节点通过对指定的信道或者默认的信道进行能量检测，以能量值递增 的方式对信道进行排序。在主动扫描阶段，节点搜索通信半径内的网络信息，通过主动扫描 方式捕获网络中广播的信标帧，寻找一个最好的、相对安静的信道，该信道应存在最少的 ZigBee网络，最好是没有ZigBee设备。
安全机制。
（3）初始化应用支持子层（APS），网络层（NWK），安全服务规范（SSS）；从终端应
用中集合配置信息来确定和执行发现、安全管理、网络管理、以及绑定管理。
（4）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：根据它的下层服务要求，为上层提供