1、根據(jù)應(yīng)用和市場(chǎng)需要定義了ZigBee 協(xié)議的分層架構(gòu)，其協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中物理層（physical layer，PHY）和媒介訪問控制層（medium access control sub-layer,MAC）是由IEEE802.15.4-2003 標(biāo)準(zhǔn)定義的，在這個(gè)底層協(xié)議的基礎(chǔ)上ZigBee 聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層（network layer,PHY）和應(yīng)用層（application layer,APL）架構(gòu).圖1 zigbee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu) 物理層規(guī)范物理層定義了它與MAC 層之間的兩個(gè)接口：數(shù)據(jù)服務(wù)接口PD-SAP 和管理服務(wù)接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口還為物理

2、層提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，負(fù)責(zé)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，而PLME-SAP 接口同時(shí)為物理層提供相應(yīng)的管理服務(wù)，用于維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送和接收、空閑信道評(píng)估（clear channel assessment,CCA）信道能量的監(jiān)測(cè)（energy detect,ED）和鏈接質(zhì)量指示（link quality indication，LQI）等。物理層幀結(jié)構(gòu)由同步頭、物理層幀頭和物理層有效載荷三部分組成，如表1 所示。同步頭又包括32bit 的前同步碼和8bit 的幀定界符，前同步碼用來為數(shù)據(jù)收發(fā)提供碼元或數(shù)據(jù)符號(hào)的同步；幀界定符用來標(biāo)識(shí)同步域的結(jié)束及數(shù)據(jù)的

3、開始。物理層幀頭包括7bit 的幀長(zhǎng)度和1bit 的預(yù)留位，幀長(zhǎng)度定義了物理層凈荷的字節(jié)數(shù)。物理層有效載荷就是MAC層的幀內(nèi)容。 表一 物理層幀格式媒體接入控制層規(guī)范MAC 層定義了它與網(wǎng)絡(luò)層之間的接口，包括提供給網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口MLDE-SAP 和管理服務(wù)接口MLME-SAP，同時(shí)提供了MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC 層管理服務(wù)。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳輸；MAC 層管理服務(wù)主要負(fù)責(zé)媒介訪問控制、差錯(cuò)控制等。MAC 層主要功能包括以下幾個(gè)方面：（1）ZigBee 協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)（2）設(shè)備與信標(biāo)同步（3）支持節(jié)點(diǎn)加入或著退出操作（4）信道接入方式采用免沖突載波檢測(cè)多路訪問（CSM

4、A-CA）機(jī)制（5）建立并維護(hù)保護(hù)時(shí)隙機(jī)制（6）為設(shè)備提供安全支持MAC 幀格式由三個(gè)基本部分組成：MAC 幀頭、MAC 幀載荷和MAC 幀尾。不同類型的MAC 幀，其幀頭和幀尾都是一樣的，只是MAC 幀載荷有差別，通用MAC 幀格式如表2所示。 表二 通用MAC幀格式網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層定義了它與應(yīng)用層之間的接口，包括提供給應(yīng)用層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口NLDE-SAP和管理服務(wù)接口NLME-SAP , 同時(shí)提供了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，具體的功能如下：（1）初始化網(wǎng)絡(luò)，即建立一個(gè)新的包含協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)（2）設(shè)備連接和斷開時(shí)所采用的機(jī)制（3

5、）對(duì)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息的存儲(chǔ)（4）ZigBee 協(xié)調(diào)器和路由器為新加入節(jié)點(diǎn)分配短地址（5）確保MAC層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)層幀頭（Network header，NHR）和網(wǎng)絡(luò)層載荷（Networkpayload,NPL）兩部分，其中網(wǎng)絡(luò)層幀頭域由幀控制域、目的設(shè)備地址、源設(shè)備地址、廣播半徑和廣播序列號(hào) 等部分組成，通用網(wǎng)絡(luò)幀的結(jié)構(gòu)如表3所示。 表3 通用網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)應(yīng)用層規(guī)范ZigBee 應(yīng)用層是協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的最高層，由應(yīng)用層支持子層（APS）、ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ZDO）、ZigBee 應(yīng)用框架（AF）三部分組成。應(yīng)用支持子層（AP

6、S）定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口，其中一個(gè)接口是被ZDO 和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象使用的數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)訪問接口APSDE-SAP，另一個(gè)是管理服務(wù)訪問接口APSME-SAP。APS 的主要作用是維護(hù)綁定表，在綁定的設(shè)備之間傳遞信息。ZDO位于應(yīng)用層框架（AF）和應(yīng)用支持子層（APS）之間，滿足協(xié)議中所有應(yīng)用操作的公共需求。ZDO 的作用包括：設(shè)備發(fā)現(xiàn)并能提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)；定義一個(gè)設(shè)備的類型，如定義設(shè)備為ZigBee 協(xié)調(diào)器或者為ZigBee 終端設(shè)備；能夠按照綁定請(qǐng)求構(gòu)造并存儲(chǔ)綁定表，實(shí)現(xiàn)綁定管理。ZigBee 應(yīng)用框架（AF）是應(yīng)用對(duì)象駐留的環(huán)境，最多可有240 個(gè)應(yīng)用對(duì)象端點(diǎn)，應(yīng)用對(duì)象通過APSDE-SAP 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)通過ZDO 公用接口來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對(duì)象的管理。 當(dāng)ZigBee 協(xié)議棧運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)幀是這樣被處理的：當(dāng)設(shè)備發(fā)起通訊時(shí)，數(shù)據(jù)是自上而下的傳遞，依次經(jīng)過應(yīng)用層、