1、根據應用和市場需要定義了ZigBee 協議的分層架構，其協議的體系結構如圖1 所示，其中物理層（physical layer，PHY）和媒介訪問控制層（medium access control sub-layer,MAC）是由IEEE802.15.4-2003 標準定義的，在這個底層協議的基礎上ZigBee 聯盟定義了網絡層（network layer,PHY）和應用層（application layer,APL）架構.圖1 zigbee協議棧體系結構 物理層規范物理層定義了它與MAC 層之間的兩個接口：數據服務接口PD-SAP 和管理服務接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口還為物理

2、層提供了相應的數據服務，負責從無線物理信道上收發數據，而PLME-SAP 接口同時為物理層提供相應的管理服務，用于維護一個由物理層相關數據組成的數據庫。物理層負責數據的調制、發送和接收、空閑信道評估（clear channel assessment,CCA）信道能量的監測（energy detect,ED）和鏈接質量指示（link quality indication，LQI）等。物理層幀結構由同步頭、物理層幀頭和物理層有效載荷三部分組成，如表1 所示。同步頭又包括32bit 的前同步碼和8bit 的幀定界符，前同步碼用來為數據收發提供碼元或數據符號的同步；幀界定符用來標識同步域的結束及數據的

3、開始。物理層幀頭包括7bit 的幀長度和1bit 的預留位，幀長度定義了物理層凈荷的字節數。物理層有效載荷就是MAC層的幀內容。 表一 物理層幀格式媒體接入控制層規范MAC 層定義了它與網絡層之間的接口，包括提供給網絡層的數據服務接口MLDE-SAP 和管理服務接口MLME-SAP，同時提供了MAC 層數據服務和MAC 層管理服務。MAC層數據服務主要實現數據幀的傳輸；MAC 層管理服務主要負責媒介訪問控制、差錯控制等。MAC 層主要功能包括以下幾個方面：（1）ZigBee 協調器產生網絡信標（2）設備與信標同步（3）支持節點加入或著退出操作（4）信道接入方式采用免沖突載波檢測多路訪問（CSM

4、A-CA）機制（5）建立并維護保護時隙機制（6）為設備提供安全支持MAC 幀格式由三個基本部分組成：MAC 幀頭、MAC 幀載荷和MAC 幀尾。不同類型的MAC 幀，其幀頭和幀尾都是一樣的，只是MAC 幀載荷有差別，通用MAC 幀格式如表2所示。 表二 通用MAC幀格式網絡層規范網絡層定義了它與應用層之間的接口，包括提供給應用層的數據服務接口NLDE-SAP和管理服務接口NLME-SAP , 同時提供了網絡層數據服務和網絡層管理服務。網絡層主要負責拓撲結構的建立和網絡的維護，具體的功能如下：（1）初始化網絡，即建立一個新的包含協調器、路由器和終端設備的網絡（2）設備連接和斷開時所采用的機制（3

5、）對一跳鄰居節點的發現和相關節點信息的存儲（4）ZigBee 協調器和路由器為新加入節點分配短地址（5）確保MAC層正常工作，并且為應用層提供合適的服務接口網絡層幀結構包括網絡層幀頭（Network header，NHR）和網絡層載荷（Networkpayload,NPL）兩部分，其中網絡層幀頭域由幀控制域、目的設備地址、源設備地址、廣播半徑和廣播序列號 等部分組成，通用網絡幀的結構如表3所示。 表3 通用網絡層幀結構應用層規范ZigBee 應用層是協議體系結構中的最高層，由應用層支持子層（APS）、ZigBee 設備對象（ZDO）、ZigBee 應用框架（AF）三部分組成。應用支持子層（AP

6、S）定義了網絡層和應用層之間的接口，其中一個接口是被ZDO 和制造商定義的應用對象使用的數據實體服務訪問接口APSDE-SAP，另一個是管理服務訪問接口APSME-SAP。APS 的主要作用是維護綁定表，在綁定的設備之間傳遞信息。ZDO位于應用層框架（AF）和應用支持子層（APS）之間，滿足協議中所有應用操作的公共需求。ZDO 的作用包括：設備發現并能提供服務發現；定義一個設備的類型，如定義設備為ZigBee 協調器或者為ZigBee 終端設備；能夠按照綁定請求構造并存儲綁定表，實現綁定管理。ZigBee 應用框架（AF）是應用對象駐留的環境，最多可有240 個應用對象端點，應用對象通過APSDE-SAP 發送和接收數據，同時通過ZDO 公用接口來實現應用對象的管理。 當ZigBee 協議棧運行時，數據幀是這樣被處理的：當設備發起通訊時，數據是自上而下的傳遞，依次經過應用層、