ZigBee协议详解：从基础概念到协议栈实现

ZigBee协议详解：从基础概念到协议栈实现

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/xiujiti6871/article/details/146057549

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，广泛应用于智能家居、工业自动化等领域。本文将从ZigBee的命名由来、技术特点、核心概念以及协议栈实现等方面进行详细介绍。

是什么？

• ZigBee的名字源自蜜蜂的"八字舞"。蜜蜂（Bee）通过嗡嗡（Zip）声与同伴传递方位信息，依靠同伴接力形成通信网络。
• 采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。

• WiFi与ZigBee的信道有重叠部分。

为什么？

• 相较于蓝牙等无线通信技术，ZigBee无线通信技术可有效降低使用成本。

怎么做？

• Texas Instruments（TI）提供了Z-Stack协议包，可以根据该协议包进行迁移编程。
• 强推参考文档10、参考文档14、参考文档15。

核心本质

核心名词解释

Cluster

什么是IEEE 802.15.4？

• IEEE是一个组织，叫作“电气和电子工程师协会”。
• 802.15是这个协会里面的一个部门，部门里的第4工作组开发了一个协议，就叫IEEE 802.15.4协议。

CSMA-CA

• 同一个空间内，多个无线节点同时发送信号，互相在空间中形成干扰，导致数据变形。
• CSMA-CA机制是listen before talk的机制，发之前先听一下，判断当前信道是否空闲。

如何判断空闲的？

• 假设节点正在listen，将根据接收信号RSSI来做出判断。
• 接收到信号强度小于一个门限，比如小于-75 dBm，认为这个信道上没有人在发送。
• MAC层是逐跳的确认，在APS层是端到端的确认。

ZigBee设备角色

长短地址 PAN ID

ZigBee短网络地址是一个16位的地址（0x0000 - 0xFFFF）。

PAN ID

• PAN，又称个人区域网络。
• 中国可能有二十几个地方叫马鞍山。
• 马鞍山就类似于PAN ID，Extended PAN ID就类似一个全地名，比如说安徽省马鞍山市。

Commissioning

协调器

bdb_StartCommissioning(//组建网络
    BDB_COMMISSIONING_MODE_NWK_FORMATION | //支持Network Formation
    BDB_COMMISSIONING_MODE_FINDING_BINDING //支持Finding and Binding（F & B）
);

路由器或终端设备

bdb_StartCommissioning(//设备入网
    BDB_COMMISSIONING_MODE_NWK_STEERING | //支持Network Steering
    BDB_COMMISSIONING_MODE_FINDING_BINDING //支持Finding and Binding（F & B）
);

AF描述符

端点号

• ZigBee 3.0通信最终是发送到设备的特定的服务的，也就是端点号。

案例

OSAL

核心两要素

• 注册在哪里注册
• 响应在哪里响应

OSAL（Operating System Abstraction Layer，系统抽象层），可以通俗地理解为一个简化版的操作系统，为Z-Stack的正确运行提供了内存管理、中断管理和任务调度等基本功能。

//初始化OSAL，包括初始化任务池
osal_init_system();
HalDriverInit();  // 初始化硬件适配层，比如串口、显示器等
//轮询任务池
osal_start_system();

• Hal_ProcessPoll主要作用是轮询需要快速处理的功能模块 tasksArr[]里Hal_ProcessEvent处理慢HAL层的事件
• osalInitTasks 初始化任务池 tasksEvents

void osalInitTasks( void )
{
   
  uint8 taskID = 0;
  tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt);
  osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt));
  macTaskInit( taskID++ );//调用macTaskInit()函数初始化MAC层的任务
  nwk_init( taskID++ );//- 调用nwk_init()函数初始化网络层的任务。
#if !defined (DISABLE_GREENPOWER_BASIC_PROXY) && (ZG_BUILD_RTR_TYPE)
  gp_Init( taskID++ );
#endif
  Hal_Init( taskID++ );
#if defined( MT_TASK )
  MT_TaskInit( taskID++ );
#endif
  APS_Init( taskID++ );
#if defined ( ZIGBEE_FRAGMENTATION )
  APSF_Init( taskID++ );
#endif
  ZDApp_Init( taskID++ );
#if defined ( ZIGBEE_FREQ_AGILITY ) || defined ( ZIGBEE_PANID_CONFLICT )
  ZDNwkMgr_Init( taskID++ );
#endif
  // Added to include TouchLink functionality 
  #if defined ( INTER_PAN )
    StubAPS_Init( taskID++ );
  #endif
  // Added to include TouchLink initiator functionality 
  #if defined( BDB_TL_INITIATOR )
    touchLinkInitiator_Init( taskID++ );
  #endif
  // Added to include TouchLink target functionality 
  #if defined ( BDB_TL_TARGET )
    touchLinkTarget_Init( taskID++ );
  #endif
  zcl_Init( taskID++ );
  bdb_Init( taskID++ );
  zclSampleSw_Init( taskID++ );//- 调用zclSampleSw_Init()函数初始化应用层的任务。
#if (defined OTA_CLIENT) && (OTA_CLIENT == TRUE)
  zclOTA_Init( taskID );
#endif
}

tasksArr

//创建一个元素类型为pTaskEventHandlerFn的数组
1.const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {
       
1.  macEventLoop, //第1个数组元素 处理MAC层任务中的事件
2.  nwk_event_loop, //第2个数组元素 专门处理网络层任务中的事件
//
//第3个数组元素
4.#if !defined (DISABLE_GREENPOWER_BASIC_PROXY) && (ZG_BUILD_RTR_TYPE)    
1.  gp_event_loop,    
6.#endif      
//
//第4个数组元素
1.  Hal_ProcessEvent, //主要作用是处理HAL层的事件 
//第5个数组元素
8.#if defined( MT_TASK )    
1.  MT_ProcessEvent,    
10.#endif    
//
//第6个数组元素
1.  APS_event_loop,   
//
 //第7个数组元素
12.#if defined ( ZIGBEE_FRAGMENTATION )    
1.  APSF_ProcessEvent,    
14.#endif 
//
//第8个数组元素
1.  ZDApp_event_loop,    
//
//第9个数组元素
16.#if defined ( ZIGBEE_FREQ_AGILITY ) || defined ( ZIGBEE_PANID_CONFLICT )    
1.  ZDNwkMgr_event_loop,    
18.#endif    
//
//第10个数组元素
1.  //Added to include TouchLink functionality    
2.  #if defined ( INTER_PAN )    
3.    StubAPS_ProcessEvent,    
4.  #endif    
//
//第11个数组元素
1.  // Added to include TouchLink initiator functionality    
2.  #if defined ( BDB_TL_INITIATOR )    
3.    touchLinkInitiator_event_loop,    
4.