Структура стека протоколов Zigbee состоит из ряда протокольных блоков, называемых уровнями. Каждый уровень предоставляет определенный набор услуг вышележащему уровню. Портал данных предоставляет услуги передачи данных, а портал управления - все остальные услуги. Каждый сервисный интерфейс обменивается данными с верхним уровнем через интерфейс SAP (Service Access Point), и каждый SAP поддерживает ряд сервисных примитивов.
Стек протоколов zigbee основан на стандарте OSI (Open Systems Interconnection), но определяет только необходимые уровни. В основном он состоит из физического уровня PHY, уровня доступа к среде MAC, сетевого уровня и уровня структуры приложений. Схема структуры показана на рисунке. Среди них уровень PHY и уровень MAC используют стандарт протокола IEEE802.15.4.
1. Уровень сети Zigbee
Сетевой уровень zigbee в основном используется для сетевого соединения, управления данными и сетевой безопасности беспроводной персональной сети zigbee WPAN. Сетевой уровень должен быть функционально совместим со стандартом IEEE 802.15.4, а верхний уровень также должен обеспечивать соответствующие функциональные интерфейсы.
1. Основные функции сетевого уровня zigbee:
Для сетевого уровня основными функциями, которые он выполняет и обеспечивает, являются следующие:
(1) Формирование пакетов данных сетевого уровня: Когда сетевой уровень получает пакеты данных от прикладного подуровня, сетевой уровень анализирует пакеты данных, а затем добавляет соответствующий заголовок сетевого уровня для передачи в MAC.
(2) Функция маршрутизации сетевой топологии: Сетевой уровень обеспечивает функцию маршрутизации пакетов данных. Если узел назначения пакета является этим узлом, пакет данных отправляется на прикладной подуровень. Если нет, то пакет пересылается на следующий узел в таблице маршрутизации.
(3) Конфигурирование параметров нового устройства: Сетевой уровень может настраивать соответствующие протоколы, такие как создание нового координатора и инициирование создания сети или присоединение к существующей сети.
(4) Создание сети PAN
(5) Подключение к сети PAN или выход из нее: Сетевой уровень может обеспечить функцию присоединения к сети или выхода из нее. Если узел является координатором или маршрутизатором, он также может потребовать от дочерних узлов покинуть сеть.
(6) Назначение сетевого адреса: Если этот узел является координатором или маршрутизатором, сетевой адрес точки байта, подключенной к узлу, контролируется сетевым уровнем.
(7) Обнаружение соседних узлов: Сетевой уровень может обнаруживать и поддерживать информацию о соседних узлах.
(8) Установить маршрутизацию: Сетевой уровень обеспечивает функции маршрутизации.
(9) Контроль приема: Сетевой уровень может контролировать время приема и состояние приемника.
2.Структура уровней сети Zigbee
Для обеспечения интерфейса с прикладным уровнем сетевой уровень предоставляет две функциональные сервисные сущности, а именно сущность службы данных NLDE и сущность службы управления NLME. NLDE предоставляет услуги передачи данных для прикладного уровня через NLDE-SAP, а NLME предоставляет услуги управления сетью для прикладного уровня через NLME-SAP. Кроме того, NLME выполняет обслуживание и управление сетевой информационной базой NIB.
2. Прикладной уровень Zigbee
Уровень рамок приложений zigbee в основном предоставляет некоторые модели рамок приложений для фактического применения технологии zigbee, чтобы облегчить разработку и применение технологии zigbee. В различных прикладных ситуациях разработка и применение фреймворков отличаются. С текущей точки зрения, рамки приложений, предоставляемые различными производителями, имеют различия. Уровень приложений zigbee включает в себя подуровень поддержки приложений APS, структуру приложений AF и объект устройства zigbee ZDO. Вместе они обеспечивают единый интерфейс для разработчиков приложений.
1. Подуровень поддержки приложений APS
Основные функции слоя APS:
(1) Обработка блока протокольных данных APDU уровня APS.
(2) APSDE обеспечивает механизм передачи данных между прикладными сущностями в одной сети.
(3) APSME предоставляет различные услуги объектам приложений, включая услуги безопасности и устройства привязки, а также ведет базу данных объектов управления, которую мы часто называем AIB.
2. Прикладная структура AF
Application Framework предоставляет пространство деятельности в стиле шаблона для каждого пользовательского объекта приложения и обеспечивает каждый объект приложения двумя сервисами: сервисом пары ключ-значение KVP и сервисом сообщения MSG для передачи данных.
В дополнение к 64-битному адресу IEEE и 16-битному сетевому адресу каждый узел также предоставляет 8-битный входной адрес прикладного уровня, соответствующий объекту пользовательского приложения. Конечная точка 0 - это интерфейс ZDO, конечные точки с 1 по 240 определяются пользователем для использования объекта, конечная точка 255 - это широковещательный адрес, а конечные точки 241-254 зарезервированы для будущего использования. Каждому приложению соответствует свой профиль. Файл конфигурации включает в себя: ID устройства, ID кластера транзакций (clusterID), ID атрибутов (Attribute ID) и т. д. AF может использовать эту информацию для определения типа сервиса.
3. Объект устройства zigbee ZDO
ZDO - это специальная конечная точка прикладного уровня. Она является промежуточным программным обеспечением для других конечных точек прикладного уровня для взаимодействия с управляющими сущностями прикладного подуровня. Основные функции, которые он обеспечивает, следующие:
(1) Инициализируйте подуровень поддержки приложений, сетевой уровень.
(2) Обнаружение узлов и функций узлов. В сети без маяков присоединяющийся узел виден только своему родительскому узлу. Другие узлы могут использовать функцию ZDO для определения общей топологии сети и функций, которые может предоставлять узел.
(3) Управление шифрованием безопасности: в основном включает в себя создание и отправку ключей безопасности, которые были надежно авторизованы.
(4) Функция обслуживания сети.
(5) Управление связыванием: Функция связывания обеспечивается подуровнем поддержки приложений, но управление функцией связывания обеспечивается ZDO, который определяет размер таблицы связывания, инициирование связывания и отмену связывания и т. д. .
(6) Управление узлами: Для координаторов и маршрутизаторов сети ZDO предоставляет ряд функций управления узлами, таких как мониторинг сети, получение информации о маршрутизации и привязке, а также инициирование процесса выхода из сети.
ZDO фактически является конечной точкой между конечной точкой прикладного уровня и подуровнем поддержки приложений, и его основные функции сосредоточены на управлении и обслуживании сети. Конечные точки прикладного уровня могут получать информацию о сети или других узлах через функции, предоставляемые ZDO, включая топологию сети, сетевые адреса и статус других точек, типы других точек и предоставляемые услуги.
В настоящее время в стране и за рубежом компании, которые могут предоставить решения ZigBee, включают TI, Jennic, ST, Atmel, Freescale и др. Среди них TI предоставляет наиболее полные технические решения. Стек протоколов ZigBee предоставляет полный набор функций для реализации протокола ZigBee - от обработки сигналов на аппаратном уровне до чтения данных и обработки сообщений на системном уровне. Разработчикам приложений не нужно разбираться в базовых процессах обработки аппаратных сигналов и структуре организации оборудования. Преимущество заключается в ускорении разработки приложений, подключенных к Интернету, что позволяет быстрее выводить продукцию на рынок. Ключевые слова: экономичный 4G RTU