ZigBEERF4CE规范基本概念及配对详细讲解.docx

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ZigBEERF4CE规范基本概念及配对详细讲解

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PANidentifier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

Framecontrol：

控制信息

Framecounter：

技术，防止重复和延时攻击

Profileidentifier：

应用帧的传输格式

Vendoridentifier：

供应商标识符，允许商家进行扩展

Framepayload：

传输的应用层数据

Messageintegritycode：

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：

Nodecapabilities：

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。

Vendorinformation：

ZigBeeRF4CE提供一个Vendoridentifier或者venderstring来制定一个特定的供应商标识。

Applicationinformation：

用户自定义一个字符串用来描述节点的应用功能（例如LoungeTV），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），profileidentifier列表制定该节点支持哪些类型的profiles。

Requesteddevicetype：

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。

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配对表的index。

配对表中的每个实体包含的信息如下：

Pairingreference

Sourcenetworkaddress

Destinationlogicalchannel

DestinationIEEEaddress

DestinationPANidentifier

Destinationnetworkaddress

Recipientnodcapabilities

Recipientframecounter

Secutitylinkkey

七．ZigBeeRF4CE应用层

两部分组成：

profilecomponent（CERC标准，远程控制）和application-specificcomponent

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

9.1NWK层服务规

NLDE网络数据实体，NLME网络管理实体

9.1.1NWK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：

9.1.2NWK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

AutoDiscDurationNLME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discoveryrequest，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时间围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_FAILUREoranythingfromtheMCPS-DATA.confirmprimitive）

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

theapplicationisnotifiedofthestatusofatransmissionfollowinga.responseprimitive.

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，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。

不管发现请否匹配节点的功能，应答的决定都要遵守这个规。

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,

DiscReqLQINLME-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等待响应。

如果这段时间没有收到响应信息，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

2NLME-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-PAIR.indication

（

Status,

SrcPANId,

SrcIEEEAddr,

OrgNodeCapabilities,

OrgVendorId,

OrgVendorString,

OrgAppCapabilities,

OrgUserString,

OrgDevTypeList,

OrgProfileIdList,

KeyExTransferCount,被要求与这个配对发起者交换linkkey的发送者的编号。

ProvPairingRef,

）

2.2产生时刻

由NLME产生，并发送给应用层，指示有请求信息被接收到。

Status用于标识该设备网络层的配对表是否有容量。

2.3接收端影响

接收到该原语，应用层根据原语提供的信息决定怎样应答。

ProvPairingRef参数指示了这个配对连接将被创建的下一个空闲配对表实体。

如果这个参数等于0xff，则表示在配对表中没有空闲的实体，应用层发送的NLME-PAIR.response原语中status为NO_REC_CAPACITY.

如果应用层允许配对，则应答消息中status为SUCCESS；不允许配对，则应答消息中status为NOT_PERMITED.

3NLME-PAIR.response

允许应用层请求NLME响应一个配对请求命令

3.1语义

NLME-PAIR.response

（

Status,

DstPANId,

DstIEEEAddr,

RecAppCapabilities,

RecDevTypeList,

RecProfileIdList,

ProvPairingRef,

）

3.2产生时刻

由应用层产生，发送给他的NLME层。

用于响应NLME-PAIR.indication.

3.3接收端影响

收到该原语，如果Status参数等于SUCCESS,NLME通过指定该配对连接源端的网络地址，根据ProvPairingRef参数更新配对表中的实体。