以太网和ZigBee的智能家居系统设计+电路图(3)

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（2）介质传输控制层(MAC)规范

同样遵循IEEE802.15.4协议，主要负责的是设备间的无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传输和接收，可以选时隙，实现低延迟传输，各种网络拓扑结构均支持，网络中每个设备有16位地址寻址。MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。前者保证MAC了协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，MAC层管理服务维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。论文网

MAC子层主要功能如下：

①协调器产生发出网络信标帧。

②其他设备与信标帧同步。

③支持PAN网络的关联(Association)和取消关联(Disassociation)操作。

④保证设备的安全。

⑤使用CSMA-CA机制访问信道。

⑥支持GTS（Guaranteed Time Slot，时间槽保障）机制。

⑦提供两个对等的MAC实体之间的可靠连接等。

（3）网络层(NWK)规范

网络层在MAC层之间提供一个合适的接口，通过刺激MAC层动作执行寻址和路由功能。它的关键任务包括：

（1）启动网络和分配网络地址；

（2）移除网络中的设备或者添加网络中的设备；

（3）通过路由，将消息送往目的节点；

（4）加密已发送的数据；

（5）在网状网络中执行路由寻址并且储存路由表。

（4）应用层(APL)规范

应用层用于支持维持器件的功能属性，发现该器件工作空间中其他器件的工作，根据服务和需求使多个器件之间进行通信，Zigbee应用层中包含有应用程序支持子层，应用程序架构，送往Zigbee装置管控对象和与各厂商定义的应用程序对象。此外，Zigbee还定义了应用规格，它是针对各种不同的应用情境来定义的概略的行为蓝图，让特定应用中采用此规格的装置之间能够互相操作。

2.3 ZigBee网络配置

2.3.1 IEEE802.15.4定义的网络设备

IEEE 802.15工作组是1998年成立，致力于无线个人区域网络（WPAN）物理层和媒体访问子层的标准化工作，2002年,zigbee Alliance成立，2004年,zigbee V1.0诞生.它是zigbee的第一个规范.但由于推出仓促,存在一些错误，2006年,推出zigbee 2006,比较完善，2007年底,zigbee PRO推出，zigbee的底层技术基于IEEE802.15.4，物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点：在不同的载波频率下实现了20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率；支持星型和点对点两种网络拓扑结构；有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址；支持冲突避免的载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA-CA）；支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性。

IEEE802.15.4提供两种物理层的选择868/915MHz和2.4GHz的直接序列扩频(DSSS)物理层频段。2.4GHz物理层的数据传输速率为250kb/s，868/915MHz物理层数据传输的熟虑为20kb/s和40kb/s，2.4GHz物理层传输速率高是由于采用DSSS方法准正交调制技术，而868/915MHz物理层使用每个PPDU数据传输为被最大长为15的CHIP序列所扩展的简单DSSS方法。IEEE802.15.4支持多种网络拓扑结构，包括星形和点-点拓扑，拓扑结构需要根据应用设计需求来定，一些PC外设应用适合星形低延时的连接，其他安全方面应用适合大面积点-点的拓扑结构。

2.3.2 ZigBee定义的网络设备文献综述

在Zigbee中, 设备类型分为协调器、路由器和终端设备三类。协调器是一个ZigBee网络的第一个开始的设备，或者是一个ZigBee网络的启动或建立网络的设备。协调器设备在网络中还可以有其他作用，比如建立安全机制、网络中绑定的建立等。协调器最主要的作用是建立一个网络和配置该网络的性质参数。路由器的功能有作为普通设备加入网络、多跳路由和辅助其它的子节点完成通信。终端设备负责与监控对象相连用来采集系统所需信息。