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彳t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 payload :传输的应

2、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 来制定一个特定的供应商标识。Ap

3、plication information :用户自定义一个字符串用来描述节点的应用功能（例如 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 profiles 。Requested device type : discovery 期间可以被请求的设备类型（比如一个多功能遥 控器可能寻找TV的功能）。五、频率捷变（1）目标节点可以根据3个信道的变化，更换信道。（2）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他信道发送给目标节点，直到目标节点发送确认

4、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， 要实现和相应设备的通信，应用层可以简单的提供一个链接配对表

5、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 address Recipient nod capabilities Recipient frame counter Secutity link key七.ZigBee RF4CE应用层两部分组成：pro （CER麻准，远程控制）和 application-specifi

6、c 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

7、。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：Request :请求原语，从I1用户发送到它的第 N层，请求服务开始；Indicate:指示原语，从I1用户的第N层向I2用户发送，指出对于第 I2用户有重要意义的内部N层的事件。Response :响应原语，从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 用过程的响应。Confirm:确认原语，由第 N层向第I1用户发送，用来传递一个或者多个前面服务请求 原语的执行结果。九.网络层规范9.1 NWK层服务规范NLDE)O络数据实体，NLM啊络管理实体9.1.1 NWK层数据服务数据服

8、务中包含的原语如下表所示:Table 1 - NLDE-SAP primitivesXamcRequestIndication(ELfillTlNLDE-DATAJ 1.113 113I.NLDE-DATA.request (PairingRef,用这个参数来区分各个服务Profileld,VendorId, nsduLength, nsdu, TxOptions )2 .NLDE-DATA.indication ( PairingRef, ProfileId, VendorId, nsduLength, nsdu, RxLinkQuality, RxFlags )3 .NLDE-DATA.c

9、onfirm确认原语是在响应请求原语时产生的( Status ( SUCCESS, INVALID_PARAMETER, NO_PAIRING, NO_RESPONSE, FRAME_COUNTER_EXPIRED PairingRef )节点间原语发送情况:9.1.2 NWK层管理服务NLME-SA浅持的原语，如下面列表所示:1.NLME-AUTO-DISCOVER.request该原语由NLMEB生成，允许应用请求 NLME1动的处理接收到的 discovery请求命令帧。 注意：在自动 discovery 响应模式下，NLM环会通过 NLME-DISCOVERY.indication原语

10、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NLMBS入自动响应发现模式。该模式下，NLMEE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

11、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，NLMEg产生一个发现应答命令帧，NLMEB通过发送一个 MSPS-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 NLM广生的发现应答命令帧)。(3)NLME 层收至U MAC子层的 MSPS-DATA.confirm 之后，发送 NLME-AUTO-DISCOVERY.con巾rmi语(X犬态为 MSPS

12、-DATA.request 原语返回的状态)给对方 的 NLMEgo(4) 如果收到的第二个发现请求命令是来自另外的节点，发送 NLME-AUTO-DISCOVERY.confirmi语(X犬态为 DISCOVERY_ERROR(5)如果匹配不成功，则丢弃这个请求信息，并做记录。(6) 如果在 AutoDiscDuration 时间范围内都没有发现有匹配的项，则 NLME-AUTO-DISCOVERY.confirmi语(X犬态为 DISCOVERY_TIMEOUT2、NLME-COMM-STATUS. indication该原语由NLMEg生成，NLMEg通过该原语告知应用层通信的状态。NL

13、ME-COMM-STATUS.indication (Status, ( SUCCESS, SECURITY_TIMEOUT,SECURITY_FAILUREor anything from the MCPS-DATA.confirm primitive )PairingRef,DstPANId, DstAddrMode, DstAddr)2.2 产生时刻该原语彳随着NLME-DISCOVERY.respons既语或者NLME-PAIR.response原语生成.如 果是伴随 NLME-DISCOVERY.response,则 PairingRef 应 设置为 oxff ;如果是伴随 NLME

14、-PAIR.response ,贝U PairingRef 应根据 NLME-PAIR.response 的 ProvPairingRef 参数 来设定。2.3 接收端影响the application is notified of the status of a transmission following a .response primitive.3、NLME-DISCOVERY.request用于请求NLMEt特定的感兴趣的设备发送discovery 请求。3.1 语义NLME-DISCOVERY.request (DstPANId, 发现请求的目标的 PAN标识符，这个值可以设置为

15、0xffff来表示一个通配符(wildchild )。DstNwkAddr,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 profile 标识符的数量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MACl志数量)3.2 产生时刻该原语由本地的应用层实体产生，

16、发送给NLMEB,用去请求一个发现操作。3.3 接收端影响1)收到该原语，NLMET生一个发现请求命令帧，NLM*每个信道上发送该帧，通过发 送MCPS-DATA.request原语给MAC?层，请求MAC?层发送该帧。2)如果MAC?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。如果收到的应答帧的设备类型匹配SearchDevType参数、且其中一个profile 标识符匹配DiscPro参数中的至少一个，NLMEW根据收到的这个应答命令创建一个新的节点描 述记录（记录的内容如下表）。DiscDuration 到期之后，NLMEH换到另一个信道，重复相同

17、 的操作。Tabla 13 - Ekrrisnts of the NcdfiDas: typeTyppValid rangpDescriptionStatusEnumeraticnSUCCESS orNO_REC_CAPACnYThe Matus of ihe diw every request as leponed by the respotjdmff device.LdgkalCUajurlS-Ut iutcgflSer 3.5 1.1Tlw hgi.al cLauud of the ifpundLig 加vice.PANTdPAN LdpntifjfrA valid PAN id?nti

18、fifrTh PAN identifier ofthp rrqpcindimg 炎 vim.lEEEAddrIEEE addressA va：id IEEE addre受The IEEE 2dcre：s of the t年pending device,NodtCjpalJililitsBiLlLJpSee FigJi c 26The cipiULiliri jf Jie itspuudim ujde.VrtittorldVtfldor cdeatifiMA valid vflidar identifierThf VMidcti*rrifiH of ：he rfipondinsrThe 出 of

19、 euliji Da is bpeciltd Ln EVendorOcwr unng7The vendof string of the repondi node.AppC npabiliiesBitmapSeefig.ire ISThe applicjrion capabilities of thf nspondin nedeNxiiyTeVaud raneDestdpcitaUserStringCliaracteT firing0 o-r 15 chsTscterGThe n if iht iaei sprLifiedoflLuAppC jpabiliit rld i 江【lu uur.Tv

20、Type7 后1rLitt cf in用我尸；Fach integer (IxflO - OxfpThe 1i.T nf dpvirpsuppEed by ifresponding nrkkTic sei uf buppui ttdhprs uipcxlfied ill RJ.PrnfiTrtT ittList of tntegpTsEach Mger (1烦- QxffTheof profile jdMf ifier qipportMby the repo(nding nodeThe sc! of Muppoiicd profile idemifieiY specified in R4口 i

21、 就RfLQIRbir integerOxflO - OjcffTlic LQT of the discoiy 型i口中必 tCTiunand frmw reporrz by riw responding device.3）如果MAC子层传输信息失败（MCPS-DATA.request返回的status不是SUCCESS NLM助换至下一个信道。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

22、描述符的数量正好等于 nwkMaxDiscoveryNodeDescriptors 参数。NLME送 NLME-DISCOVERY.conRrm原语，该原语 中的NodeDescList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送 NLME-DISCOVERY.con巾rm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 NL

23、ME-DISCOVER.confirm 原语，该原 语中的 NodeDescList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，NLM或送NLME-DISCOVER.confirm 原语，该原语中将 status 参数设为 DISCOVERY_TIMEOUT.4、NLME-DISCOVERY.indication允许NLM的知应用层有发现请求命令被接收。4.1 语义NLME-DISCOV （ERY.indicatStatus, 表明配对表是否能够存储潜在配对信息ionSrcIEEEAddr,OrgNodeCapabi

24、lities OrgVendorId, OrgVendorString, OrgAppCapabilities, OrgUserString, OrgDevTypeList, OrgPro, SearchDevType, RxLinkQuality通过MA卡层发送的发现t#求命令帧的LQI值）4.2 产生时刻由NLMET生，发送给应用层，用于指示有发现请求命令被接收；如果NLME勺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

25、应用层决定应答，则根据发现请求帧中的IEEE地址和LQI发送发送 NLME-DISCOVERY.response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NLM灰答发现请求命令。NLME-DISCOVERY.respon ( seStatus,DstlEEEAddr,RecAppCapabilities,RecDevTypeList,RecPro, DiscReqLQI NLME-DISCOVERY.indica

26、tion 中的 LQI值 )5.2 产生时刻由应用层生成，被发送至它的NLMBB,用于响应 NLME-DISCOVERY.indication原语5.3 接收端影响接收到该原语，NLMEfc产一个发现响应命令帧，通过MAC子层在当前的信道中传递该信息。当收至U MCPS-DATA.confirm 信息日NLM或送 NLME-COMM-STATUS.indication 原语。发送端ApplicationNLME-DISCOVERY.request 发送给自己的NLME , 请求一个发现操作接收端NLME-DISCOVERY.response 发送给自己的NLME发送confirm消息 给对方M

27、AC子层9.1.2.2 配对I.NLME-PAIR.request应用层通过它请求 NLMB1与另外一个节点配对。1.1 语义NLME-PAIR.request (LogicalChannel,DstPANId,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NLMEg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

28、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。NLMEfe成一个配对请求命令， 在传输该帧之前，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?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?层返回的值。如果MAC?层传输成功，NLMEB nwkResponseWaitTime内等待响应。如果这段时间内 没有收到响应信息，NLM或送的NLME-PAIR.confirm中的status值为NO_RESPONSE进行 更多的处理.收到响应信息中 status 值不等于SUCCESS,U 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 NLM劭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佥测这个配对连接是否要求安全