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图2.4 协议栈主要流程
图2.5 Z-Stack协议栈架构
2.5 原语的概念
ZigBee协议根据与模型的开放式系统互联协议被划分成一系列的层结构，层与层之间通过服务接入点提供服务。这允许不同的协议层，按照各自的职能独立运作，使整个协议栈结构变得更加清晰明亮[5]。另一方面，由于ZigBee协议栈是一个有机的整体，能够纠正任何ZigBee设备，需要的协议栈的层之间的协作。因此，层与层之间的信息交流是非常重要的。 ZigBee协议，以实现层与层之间的关联，称为服务“原语”的操作。下面利用图2.6来说明原语操作的概念。
图2.6 服务原语
服务由N用户和N层之问信息流的描述来指定。这个信息流由离散瞬时事件构成，以提供服务的特征。每个事件由服务原语组成，它将在一个用户的某一层，通过与该层相关联的层服务访问A(SAP)与建立对等连接的用户的相同层之问传送。
层与层之间的原语一般情况下可以分为4种类型：
（1）Request：请求原语用于上层向本层请求指定的服务。
（2）Confirm：确认原语本层用于响应上层发出的请求原语。
（3）Indication：指示原语由本层发给上层用来指示本层的某一内部事件。
（4）Response：响应原语用于上层响应本层发出的指示原语。
3 物理层(PHY)规范
3.1 物理层概述
物理层定义了物理无线信道和与MAC层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务是从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务文护一个由物理层相关数据组成的数据库。 物理层主要完成：激活／休眠无线收发设备，对当前频道进行能量检测，链接质量指示，为载波检测多址与碰撞避免(CSMA-CA)进行空闲频道评估、频道选择、数据的发送及接收等。
IEEE 802．15．4规范的物理层定义了三个载波频段用于收发数据：868～868．6 MHz、902～928 MHz和2 400～2 483．5 MHz。在这三个频段上发送数据使用的速率、信号处理过程以及调制方式等方面都存在着一定的差异，其中2 400 MHz频段的数据传输速率为250 kbit／s，915 MHz、868 MHz分别为40 kbit／s和20 kbit／s。
IEEE 802.15．4规范定义了27个物理信道，信道编号从0至26，每个具体的信道对应着一个中心频率，这27个物理信道覆盖了以上3个不同的频段[6]。不同的频段所对应的宽度不同，标准规定868 MHz频段定义了1个信道(0号信道)；915 MHz频段定义了10个信道(1～10号信道)；2 400 MHz频段定义了16个信道(11～26号信道)。这些信道的中心频率定义如下：
F=868．3 MHz k=0
F=906+2(k-1)MHz k=1，2，…，10 F=2405+5(k-11)MHz k=11，12，…，26
式中：k为信道编号，F为信道对应的中心频率。 其频率和信道分布状况如图3.1所示
图3.1 频率和信道分布
通常，ZigBee硬件设备不能同时兼容两个工作频段，在选择时，应符合当地无线电管理委员会的规定。由于868～868．6 MHz频段主要用于欧洲，902～928 MHz频段用于北美，而2 400～2 483.5 MHz频段可以用于全球，因此在中国所采用的都是2 400 MHz的工作频段。
3.2 物理层服务规范
物理层通过射频固件和射频硬件提供了一个从MAC层到物理层无线信道的接口[11]。在物理层中，包含一个物理层管理实体(PLME），该实体通过调用物理层的管理功能函数，为物理层管理服务提供其接口，同时，还负责文护由物理层所管理的目标数据库，该数据库包含有物理层个域网络的基本信息[7]。ZigBee物理层的结构及接口如图3.2所示。物理层功能相对简单，主要是在硬件驱动程序的基础上，实现数据传输和物理信道的管理。数据传输包括数据的发送和接收；管理服务包括信道能量监测(energy detect，ED)，链接质量指示(Link quality indication，LQI)和空闲信道评估(clear channel assessment,CCA)等。