ZigBEE-RF4CE规范基本概念及配对详细讲解.doc

一节点的安装初始化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Profile identifier：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。 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），profile identifier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的index。 配对表中的每个实体包含的信息如下： Pairing reference Source 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：profile component（CERC标准，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： 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。9 网络层规范9.1 NWK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：1.NLDE-DATA.request(PairingRef, 用这个参数来区分各个服务ProfileId,VendorId,nsduLength,nsdu,TxOptions)2.NLDE-DATA.indication(PairingRef,ProfileId,VendorId,nsduLength,nsdu,RxLinkQuality,RxFlags)3.NLDE-DATA.confirm 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-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NLME自动的处理接收到的discovery请求命令帧。注意：在自动discovery响应模式下，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RecProfileIdList, 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根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 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层通过发送一个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NLME产生的发现应答命令帧）。 (3)NLME层收到MAC子层的MSPS-DATA.confirm之后，发送NLME-AUTO-DISCOVERY.confirm原语（状态为MSPS-DATA.request原语返回的状态）给对方的NLME层。 (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.confirm原语（状态为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.confirm原语（状态为DISCOVERY_TIMEOUT）； 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 NLME-COMM-STATUS.indication ( Status,（SUCCESS, SECURITY_TIMEOUT, SECURITY_FAILURE or anything from the MCPS-DATA.confirm primitive） PairingRef, DstPANId, DstAddrMode, DstAddr) 2.2 产生时刻 该原语伴随着NLME-DISCOVERY.response原语或者 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-PAIR.response，则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NLME向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OrgProfileIdList,源节点包含的profile类型列表SearchDevType,要发现的设备类型DiscProfileIdListSize, DisProfileList参数中包含的profile标识符的数量DiscProfileIdList,ZigBee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MAC标志数量)3.2 产生时刻该原语由本地的应用层实体产生，发送给NLME层，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。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DiscProfileIDList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述记录（记录的内容如下表）。DiscDuration到期之后，NLME切换到另一个信道，重复相同的操作。 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发送NLME-DISCOVERY.confirm原语，该原语中将status参数设为DISCOVERY_ERROR。 7)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，NLME发送NLME-DISCOVER.confirm原语，该原语中将status参数设为DISCOVERY_TIMEOUT.4、 NLME-DISCOVERY.indication 允许NLME告知应用层有发现请求命令被接收。4.1 语义NLME-DISCOVERY.indication ( Status, 表明配对表是否能够存储潜在配对信息SrcIEEEAddr, OrgNodeCapabilities OrgVendorId, OrgVendorString, OrgAppCapabilities, OrgUserString, OrgDevTypeList, OrgProfileIdList, SearchDevType, RxLinkQuality 通过MAC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NLME应答发现请求命令。5.1 语义NLME-DISCOVERY.response ( Status, DstIEEEAddr, RecAppCapabilities, RecDevTypeList, RecProfileIdList, DiscReqLQI NLME-DISCOVERY.indication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5.3 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MAC子层在当前的信道中传递该信息。当收到MCPS-DATA.confirm信息时，NLME发送NLME-COMM-STATUS.indication原语。9.1.2.2 配对1.NLME-PAIR.request 应用层通过它请求NLME层与另外一个节点配对。1.1 语义NLME-PAIR.request ( LogicalChannel, DstPANId, DstIEEEAddr, OrgAppCapabilities, OrgDevTypeList, OrgProfileIdList, 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子层传输失败，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_RESPONSE,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,则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检测这个配对连接是否要求安全性:如果不要求安全性，NLME将该配对连接从零时的变为活动的，并根据被创建或者更新的配对连接的配对表索引发送NLME-PAIR.confirm原语，status设为SUCCESS.如果要求安全.待续2 NLME-PAIR.indication允许NLME层通知应用层已接收到一个配对请求命令。2.1 语义NLME-