ZigBEE-RF4CE规范基本概念及配对详细讲解

1、节点的安装初始化1.1 建立网络的过程(1) 目标节点： 首先，扫描信道，对各个信道进行 能量检测 ，选择可允许能量水平的信道进行操作。然后，发送执行活动的扫描操作，识别其他在工作在所选信道上的属于其他PAN网络的identifiers ，允许一个统一的 PAN identifier接入它的网络。最后，目标节点运行常规功能。(2) 控制节点： 接入网络之后，运行常规功能。二 . 网络帧结构Frame control ：控制信息Frame counter ：技术，防止重复和延时攻击Pro ：应用帧的传输格式Vendor identifier ：供应商标识符，允许商家进行扩展 Frame payl

2、oad ：传输的应用层数据Message integrity code ：进行认证(安全)三. 传输选项 四 . 发现( Discovery )发现服务必须是在非节能模式下才能进行。 节点通过执行发现服务， 来寻找能够进行配 对的节点；发现服务会在一个固定的期间内在三个PAN网络中重复的进行，直到收到所有的应答。在此期间，设备之间会交换如下信息：Node capabilities ：节点的类型（目标节点或控制节点） ，节点的供电类型，是否支持 安全性。Vendor information： ZigBee RF4CE 提供一个 Vendor identifier 或者 vender string

3、来制定一个特定的供应商标识。Application information：用户自定义一个字符串用来描述节点的应用功能（例如profiles 。 比如一个多功能遥Lounge TV），一个设备类型列表可以制定哪些类型的设备室被支持的（例如一个综合性设备 可能同时支持TV和DVD的功能），pro列表制定该节点支持哪些类型的Requested device type：discovery 期间可以被请求的设备类型控器可能寻找TV的功能）。五、频率捷变目标节点可以根据 3个信道的变化，更换信道。控制节点会记录目标节点的信道， 当目标节点信道发生改变时，控制节点会尝试从其（1）（2）他信道发送给目标节点

4、，直到目标节点发送确认信息；之后，控制节点会记录上新的信道。六、配对在发现期间， 当节点确定在它的通信范围有其他能够提供稳定服务的节点时，可以通过建立配对从而进行通信。在RC网络中在存在配对的发送端和接收端之间只能直接通信。配对连接可以建立在应用层的要求上， 通过交换类似于 discovery 期间交换的消息。 目 标节点可以选择是否接受配对并发送请求配对信息给源节点。配对成功后， 源节点和目标节点会在它们各自的配对表中存储配对链接。这个使得源节点可以和目标节点通信， 目标节点也可以和源节点通信。 在配对表中的实体包含网络层传输 信息给目标节点的所有信息。 这消除了寻址的负担， 要实现和相应设

5、备的通信， 应用层可以 简单的提供一个链接配对表的 index 。配对表中的每个实体包含的信息如下：Pairing referenceSource network address Destination logical channel Destination IEEE address Destination PAN identifier Destination network addressRecipient nod capabilitiesRecipient frame counter Secutity link key七 ZigBee RF4CE 应用层两部分组成：pro （ CER（标准

6、，远程控制）和 application-specific component八 ZigBee 中原语（ primitive ）的概念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： 根据下层服务要求， 为上层提供相应的服务； 根据上 层的服务要求，对下层提供相应的服务。各项服务通过原语来实现。每个事件由服务原句组成，它将在一个用户的某一层，通过该层的服务接入点（SAP）与建立对等连接的用户的相同层之间通信。 服务原语通过提供一种特定的服务来传输必要的 信息， 原语是一个抽象的概念， 它们仅仅指出提供的服务内容， 而

7、没有指出具体由谁来提供 这些服务。由代表其特点的服务原语和参数的描述来制定一种服务。 一种服务可能有一个或者多个 相关的原语，这些原语构成了具体服务相关的执行命令。原语通常分为如下：11用户发送到它的第N层，请求服务开始；11用户的第N层向12用户发送，指出对于第I2 用户有重要意Request ：请求原语，从 Indicate:指示原语，从义的内部N层的事件。I2 用户向它的第 N 层发送，用来表示用户执行上一条原语调Response ：响应原语，从 用过程的响应。N层向第11用户发送，用来传递一个或者多个前面服务请求Confirm: 确认原语，由第原语的执行结果。九.网络层规范9.1 NW

8、K层服务规范NLDE网络数据实体，NLME网络管理实体9.1.1 NWK层数据服务数据服务中包含的原语如下表所示：Tabla 1 - NLDE-&AP primltfvesNameRquetladicntianCanfiiTiiNLDE-DATA3 1.1 工11.NLDE-DATA.request(Pairi ngRef,用这个参数来区分各个服务P rofileId,Ven dorId,n sduLe ngth,nsdu,TxOp ti ons)2.NLDE-DATA.i ndication (Pairi ngRef,P rofileId,Ven dorId, n sduLe

9、 ngth, nsdu,RxLi nkQuality,RxFlags)3.NLDE-DATA.C0 nfirm(Status确认原语是在响应请求原语时产生的( SUCCESS, INVALID_ PARAMETER,NO_P AIRING,FRAME_COUNTER_EX PIR)DPairi ngRef)NO_RES PO NSE,节点间原语发送情况：9.1.2 NWK 层管理服务NLME-SAP支持的原语，如下面列表所示:1.NLME-AUTO-DISCOVER.request该原语由NLME层生成，允许应用请求NLMEI动的处理接收到的 discovery请求命令帧。注意：在自动 dis

10、covery 响应模式下，NLME不会通过 NLME-DISCOVERY.indication原语通 知应用层 dciscovery 请求命令帧到达。1.1 语义NLME-AUTO-DISCOVERY.request (RecAppCapabilities, 节点的应用能力RecDevTypeList, 节点支持的设备类型RecPro, 节点支持的 profile 标识 AutoDiscDuration NLME 自动响应发现模式的时间 )1.2 产生时刻该原语产生于本地应用实体，使得NLME进入自动响应发现模式。该模式下，NLME艮据原语中包含的信息决定是否响应或接受发现原语命令帧的请求。如

11、果节点收到的命令帧不是discovery request ，将会被丢弃。1.3 接收端影响(1)收到NLME-AUTO-DISCOVERY.request请求之后，节点匹配原语中的设备类型列表， profile 列表，如果找到一个匹配项， 则继续等待来自同一个节点的下一个发现请求命令帧。(2 )如果第二个发现请求命令帧也匹配，NLME层产生一个发现应答命令帧，NLME!通过发送一个 MSP S-DATA.request给 MAC子层，来实现发现应答命令帧的发送 (MSPS-DATA.request包含了 NLME产生的发现应答命令帧)。(3) NLME层 收 到 MAC 子 层 的NLME-A

12、UTO-DISCOVERY.co nfirm原语(状态为的NLME层。(4) 如 果 收 到 的 第 二 个 发 现 请NLME-AUTO-DISCOVERY.co nfirm原语(状态为( 5 )如果匹配不成功，则丢弃这个请求信息，MSPS-DATA.confirm 之 后 ，MSPS-DATA.request 原语返回的状态）求 命 令 是 来 自 另 外 的 节 点 DISCOVERY_ERR)OR;并做记录。(6) 如 果 在 AutoDiscDuration 时 间 范 围 内 都 没 有 发 现 有 匹 配 的NLME-AUTO-DISCOVERY.co nfirm原语(状态为 D

13、ISCOVERY_TIMEOU；2、NLME-COMM-STATUS. indication该原语由NLME层生成，NLME层通过该原语告知应用层通信的状态。2.1 语义发送给对方发送项，则NLME-COMM-STATUS.indication (Status, ( SUCCESS, SECURITY_TIMEOUT,SECURITY_FAILUREor anything from the MCPS-DATA.confirm primitive )PairingRef,DstPANId,DstAddrMode,DstAddr)2.2 产生时刻的 ProvPairingRef 参数该原语伴随着

14、NLME-DISCOVERY.responsetM语或者 NLME-PAIR.response 原语生成.如 果是伴随 NLME-DISCOVERY.response,贝U PairingRef 应 设置为 oxff ;如果是伴随 NLME-PAIR.response ，则 PairingRef 应根据 NLME-PAIR.response 来设定。2.3 接收端影响following a .responsethe application is notified of the status of a transmission primitive.3、NLME-DISCOVERY.request

15、3.1 语义NLME-DISCOVERY.request(DstPANId,配符( wildchildDstNwkAddr,用于请求NLME向特定的感兴趣的设备发送discovery 请求。0xffff 来表示一个通发现请求的目标的 PAN标识符，这个值可以设置为）。发现请求的目标的网络地址,这个值可以设置为 0xffff 来表示一个通配符。OrgAppCapabilities, 源节点的应用能力OrgDevTypeList, 源节点包含的设备类型列表OrgPro, 源节点包含的 profile 类型列表SearchDevType, 要发现的设备类型DiscPro, DisPro 参数中包含的

16、 profile 标识符的 数量MAC标志数量DiscPro 联盟定义的一些 profile 列表DiscDuration 每个信道中潜在目标节点等待发现应答返回的最大3.2产生时刻该原语由本地的应用层实体产生，发送给NLMEi，用去请求一个发现操作。3.3接收端影响1） 收到该原语，NLME产生一个发现请求命令帧，NLMe在每个信道上发送该帧，通过发 送MCPS-DATA.request原语给MAC子层，请求MAC子层发送该帧。2） 如果MAC子层成功的传输该帧，NLME在DiscDuration 参数时间内等待接受发现应答命令。 符匹配 述记录 的操作。如果收到的应答帧的设备类型匹配Sea

17、rchDevType参数、且其中一个profile 标识DiscPro参数中的至少一个，NLME将根据收到的这个应答命令创建一个新的节点描 （记录的内容如下表）。DiscDuration 到期之后，NLME切换到另一个信道，重复相同Tabla 13 - Ekmants of the ModcDasc typeVawTypeValid rajigpDfcriprlonStatusEnuinwaticnSUCCESS orNO REC CAPACnYThe status of ihe diic every request as 化ported by the rspODduig levice.Log

18、kdlCkiuiielS-Ul iutegaSec 3 5 11Tlw logical cLaiuitfl of ibt irsponULig devierP ANTdPAN tdpntifipfA vM PXVi 血桶 fWThe PAN identifier of tht fTpponJiup device.IhhhAddrIEEE addressA vajd IEEE addressThe IEEE sderess of the respendinf deuceNodcCipabihiiCsBiLuapSee f塔皿2dThe cipjbLlLiLis of ihc lespuuJiuj

19、 Loifc.VmdorTdViffldof idffltifiefA valid vflidor idfutifiHThe VHidof idenrififf of :1ie TKponding nodeThe set of veudoi ITJs is ipcciied inOcwl itnn7 octfrsTh#string of thf respondingnode.AppC apabiliiiesBitaiapSee Fig-Jie 1STh# application cpabilibes of Th? respoing noderplld 口 u 獣IhrSd LprJtfjiUs

20、ertrinfCharactef trinp0 DT 1 5 rhsTacTertThe TKfT djefined identification Eng of thp Tfspoftlifip ondpThis Cdd is pleem only if ihe i&ei bliiiig biwtifiedyf iLcAppCjpubililica field b wrl lo oiieTh* hvt nf det ire tyi*： Hippcrf闻 by the retponriinf nWTlic scl of buppuilcd clciLc lpcs is specified ill

21、 SJJ .DfvTypeT 询T iitFsfh intfper OsflO - OxfePTnfiTdLitLigcfilVFgPTWEach inffger 仮00 -OxfTThe H瑙 dfpfnfi# i如Tifier* iipportM by fhf mpondioD aoAtTtc sc of bupponed piofUc idcidifirrs is specified ill (R4JDiHRgLQIS*biT inrepcfOxflO - (kffThe LQT of The Ai scoinery rfqinest cemmand frmw reported by 他

22、 rt&pondmf dtvice.3）如果MAC子层传输信息失败（MCPS-DATA.request返回的status不是SUCCESS NLME切换至下一个信道。4）在所有可用的信道中传输的发现请求命令被称作“发现审查”，每一个发现审查最多执行 nwkMaxDiscoveryRepetitions次，重复的间隔为 nwkDiscoveryRepetioninterval.5）如果在所有发现功能结束时存储的节点描述符的数量正好等于nwkMaxDiscoveryNodeDescriptors参数。NLME发送 NLME-DISCOVERY.confirm原语，该原语中的 NodeDescLis

23、t 参数包含了所有节点描述的信息。6) 如 果 在 所 有 发 现 功 能 结 束 时 存 储 的 节 点 描 述 符 的 数 量 超 过 了 nwkMaxDiscoveryNodeDescriptors 参数，NLME发送 NLME-DISCOVERY.confirm原语，该原语 中将 status 参数设为 DISCOVERY_ERROR7) 在 发 现 进 程 的 期 间 内 ， 如 果 存 储 的 节 点 描 述 福 的 数 量 等 于 nwkcMaxNodeDescListSize ， NLME 发 送 NLME-DISCOVER.confirm 原 语 ， 该 原 语 中 的 No

24、deDescList 参数包含了所有节点描述的信息。8) 如果在nwkMaxDiscoveryRepetitions结束时，没有节点描述符被存储，NLME发送NLME-DISCOVER.confirm 原语，该原语中将 status 参数设为 DISCOVERY_TIMEOUT.4、NLME-DISCOVERY.indication4.1 语义NLME-DISCOVERY.indication允许NLME告知应用层有发现请求命令被接收。（Status, 表明配对表是否能够存储潜在配对信息SrcIEEEAddr,OrgNodeCapabilitiesOrgVendorId,OrgVendorSt

25、ring,OrgAppCapabilities,OrgUserString,OrgDevTypeList,OrgPro,SearchDevType,RxLinkQuality通过MA子层发送的发现请求命令帧的LQI值）4.2 产生时刻由NLME产生，发送给应用层，用于指示有发现请求命令被接收；如果NLME的配对表中有为该设备存储潜在配对连接的空间，该原语的 status 设为 SUCCESS.4.3 接收端影响接收到该原语时， 应用层根据原语中的信息决定是否应答。 不管发现请求是否匹配节点 的功能，应答的决定都要遵守这个规范。如果应 用层决 定应答，则根 据发现请求 帧中的 IEEE 地 址和

26、 LQI 发 送发 送 NLME-DISCOVERY.res ponse原语，该原语中包含了自身的设备类型 以及接 收到的 NLME-DISCOVERY.indication 原语中的状态信息。如果应用层决定不应答，则不发送任何原语。5、NLME-DISCOVERY.response允许应用层请求NLME应答发现请求命令。5.1 语义NLME-DISCOVERY.res pon ( seStatus, DstlEEEAddr, RecA ppCap abilities, RecDevT yp eList, Rec Pro,DiscReqLQI NLME-DISCOVERY.indication

27、 中的 LQI值 )5.2产生时刻由应用层生成，被发送至它的NLME层，用于响应 NLME-DISCOVERY.indication原语接收端影响接收到该原语，NLME生产一个发现响应命令帧，通过信息。当收到 MCPS-DATA.confirm 信息时，NLME发送 NLME-COMM-STATUS.indication 原语。5.3MAC子层在当前的信道中传递该发送端接收端App licati on 卄 配对1.NLME-PAIR.request应用层通过它请求1.1 语义NLME层与另外一个节点配对。NLME-PAIR.request(LogicalChannel,DstPA

28、NId, DstIEEEAddr, OrgAppCapabilities, OrgDevTypeList, OrgPro,KeyExTransferCount )1.2 产生时刻由本地的应用层实体产生，发送至NLME层请求一个配对操作。1.3 接收端影响收到该原语，NLME检查该项配对连接是否已经存在于实体的配对表当中。如果存在， 则更新配对表中的该项记录；如果不存在，NLME检查它是否有容量存储新的配对连接。如果 NLME没有空间，则发送的NLME-PAIR.confirm 原语中，status 设为 NO_ORG_CAPACITY,不进行更多的处理。NLME生成一个配对请求命令， 在传输该

29、帧之前，通过发送MLME-SET.request命令给MAC 子层，将 phyCurrentChannel 交换到请求的信道。 最后发送 MCPS-DATA.request 原语将帧传 送给MAC子层。如果MAC?层传输失败，则更换到下一个信道，重复相同操作。传输试图在每个可用的信道中进行，知道传输成功或者所有的信道都被尝试过。如果传输任然不成功，NLME发送发送的NLME-PAIR.confirm原语中的status值为MAC子层返回的值。如果MAC子层传输成功，NLME在 nwkResponseWaitTime内等待响应。如果这段时间内 没有收到响应信息，NLME发送的NLME-PAIR.confirm中的status值为NO_RESPONS不进行 更多的处理 .收到响应信息中 status 值不等于SUCCESS则NLME发送的NLME-PAIR.confirm 中的 status 值为收到的应答帧中的信息。收到的响应星系中 status值等于SUCCESS NLME创建一个新的实体记录或者更新已 经存在的实体记录，并将其标记为零时的。然后，NLME检测这个配对连接