ZigBEERF4CE规范基本概念及配对详细讲解.docx

1、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 identifie

2、r：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vend

3、er 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

4、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

5、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： 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：pro

6、file 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

7、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9.1 NWK层服

8、务规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_PARAM

9、ETER, 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(

10、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

11、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-

12、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, S

13、ECURITY_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

14、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。OrgA

15、ppCapabilities,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

16、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-

17、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

18、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stat

19、us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

20、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

21、。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

22、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.

23、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

24、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NL

25、ME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-PAIR.indication ( Status, SrcPANId, SrcIEEEAddr, OrgNodeCapabilities, OrgVendorId, Org

26、VendorString, OrgAppCapabilities, OrgUserString, OrgDevTypeList, OrgProfileIdList, KeyExTransferCount, 被要求与这个配对发起者交换link key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

27、，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.3 NLME-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。