Zigbee知识点

第一章Zigbee概述1、Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要用于近距离无线连接。2、Zigbee的特点是功耗低、成本低、时延短、网络容量大、可靠安全。3、常见的Zigbee芯片有CC243X系列、MC1322X系列和CC253X系列。4、常见的Zigbee协议栈有非开源（msstatePAN）协议栈、开源（freakz）协议栈和半开源(Zstack)协议栈。5、Zigbee软件开发平台包括IAR、ZigbeeSniffer、物理地址修改软件以及其它辅助软件。6、Zigbee硬件开发平台采用AltiumDesigner进行设计。7、简述Zigbee的定义。答：Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，进行数据传输（包括典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据）的应用。（Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是IEEE802.15.4仅处理低级的MAC（媒体接入控制协议）层和物理层协议，Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化。）8、简述无线传感器网络与Zigbee之间的关系。答：从协议标准来讲：目前大多数无线传感器网络的物理层和MAC层都采用IEEE802.15.4协议标准。IEEE802.15.4描述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制协议（MAC层），属于IEEE802.15.4工作组。而Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准的无线技术。从应用上来讲：Zigbee适用于通信数据量不大，数据传输速率相对较低，成本较低的便携或移动设备。这些设备只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另外一个传感器，并能实现传感器之间的组网，实现无线传感器网络分布式、自组织和低功耗的特点。9、Zigbee技术特点：低功耗、低成本、大容量、可靠、时延短、灵活的网络拓扑结构。第二章Zigbee技术原理1、Zigbee协议分为物理层、MAC层、网络层和应用层，其中物理层和MAC层由IEEE802.15.4定义。2、Zigbee有三种网络拓扑结构，分别是星型、树型和网状型。3、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。4、MAC层提供MAC层数据服务和MAC层管理服务，并负责数据成帧。5、网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接。6、Zigbee的应用层由应用支持子层（APS）、Zigbee设备对象、Zigbee应用框架（AF）、Zigbee设备模板和制造商定义的应用对象等组成。7、简述MAC层帧的一般结构。答：MAC帧，即MAC协议数据单元（MPDU），是由一系列字段按照特定的顺序排列而成的。设计目标是在保持低复杂度的前提下实现在噪声信道上的可靠数据传输。MAC层帧结构分为一般格式和特定格式。一般格式：三部分，MAC帧头（MHR）、MAC有效载荷、MAC帧尾（MFR）。特定格式：信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。（MAC帧头部分由帧控制字段和帧序号字段组成；MAC有效载荷由地址信息和特定帧的有效载荷组成，MAC有效载荷的有效长度与特定帧类型有关；MAC帧尾是校验序列FCS）。8、简述Zigbee网络层的功能。答：Zigbee网络层主要实现网络的建立、路由的实现以及网络地址的分配。Zigbee网络层不同功能由不同的设备完成。其中Zigbee网络中的设备有三种类型：协调器、路由器和终端节点，分别实现不同的功能：协调器具有建立新网络的能力；协调器或路由器具备允许设备加入网络或者离开网络、为设备分配网络内部的逻辑地址、建立和维护邻居表等功能；终端节点只需要有加入或离开网络的能力即可。9、Zigbee技术是一种低速数据传输速率的无线个域网，网络的基本成员称为设备。按照各自作用分为：协调器节点、路由器节点和终端节点。协调器：整个网络的中心功能为建立、维持和管理网络，分配网络地址。路由器：路由发现、消息传输、允许其他节点通过它接入到网络。终端节点：数据采集或控制，不允许其他节点通过它加入到网络中。10、Zigbee网络分为4层，从下向上分别为物理层、MAC层、网络层和应用层。其中物理层和MAC层由IEEE802.15.4标准定义，合称IEEE802.15.4通信层；网络层和应用层由Zigbee联盟定义。11、Zigbee网络协议体系结构：应用层包括三部分：应用支持子层、Zigbee设备对象和厂商定义的应用对象。网络层提供保证IEEE802.15.4MAC层正确工作的能力，并为应用层提供合适的服务接口，包括数据服务接口和管理服务接口。IEEE802.15.4通信层（MAC层和物理层）。12、数据服务接口的作用：一是为应用支持子层的数据添加适当的协议头以便产生网络协议数据单元；而是根据路由拓扑结构，把网络数据单元发送到通信链路的目的地址设备或通信链路的下一跳地址。管理服务接口的作用：提供的服务包括配置新设备、常建新网络、设备请求加入或者离开网络；允许Zigbee协调器或路由器请求设备离开网络、寻址、路由发现等功能。13、IEEE802.15.4规范满足国际标准组织（ISO）开放系统互联（OSI）参考模式，它定义了Zigbee的物理层和MAC层。14、物理层所负责的功能：工作频段的分配、信道的分配、为MAC层提供数据服务和为MAC层提供管理服务。15、物理层功能：数据的发送与接收、物理信道的能量检测、射频收发器的激活与关闭、空闲信道评估、链路质量指示、物理层属性参数的获取与设置。16、MAC层负责无线信道的使用方式，它们是构建Zigbee协议底层的基础。其功能如下：CSMA/CA访问信道；PAN的建立和维护；支持PAN网络的关联和解除关联；协调器产生网络信标帧普通设备根据信标帧与协调器同步；处理和维护保证GTS；在两个对等MAC实体间提供可靠链路。17、MAC层服务规范，MAC层包括MAC层管理服务（MLME）和数据服务（MCPS）。MAC管理服务可以提供调用MAC层管理功能的服务接口，同时还负责维护MACPAN信息库；MAC数据服务可以提供调用MAC公共部分子层（MCPS）提供的的数据服务接口，为网络层数据添加协议头，从而实现MAC层帧数据。18、CSMA/CA机制实际是在发送数据帧之前对信道进行预约，以免造成信道碰撞问题。CSMA/CA提供两种方式来对无线信道共享访问，其工作流程如下：送出数据前，监听信道的使用情况，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后信道依然空闲，送出数据；送出数据前，先送一段小小的请求传送RTS报文给目标端，等待目标端回应CTS报文后才开始传送。19、MAC子层具体功能：CSMA/CA机制、PAN的建立和维护、关联和解除关联、信标帧。20、Zigbee网络层的主要作用：负责网络的建立、允许设备加入或离开网络、路由的发现和维护。21、网络层内部由两部分组成，分别是网络层数据实体（NLDE）和网络层管理实体（NLME）。网络层数据实体通过访问服务接口NLDE-SAP为上层提供数据服务；网络层管理实体通过访问服务接口NLME-SAP为上层提供网络层的管理服务，另外还负责维护网络层信息库。22、网络层协议数据单元（NPDU）即网络层帧的结构，在Zigbee网络协议中定义了两种类型的帧结构，即网络层数据帧和网络层命令帧。字节：222110/80/80/1变长变长帧控制目的地址源地址广播半径域广播序列号IEEE目的地址IEEE源地址多点传送控制源路由帧帧的有效载荷网络层帧报头网络层的有效载荷23、Zigbee的应用层由应用支持子层（APS）、Zigbee设备对象、Zigbee应用框架（AF）、Zigbee设备模板和制造商定义的应用对象等组成。24、Zigbee设备中应用对象驻留的环境称为应用框架（ApplicationFramework，英文简称AF）。在应用框架中，应用程序可以通过APSDE-SAP发送、接收数据，通过“设备对象公共接口”实现应用对象的控制与管理。应用支持子层数据服务接口（APSDE-SAP)提供的数据服务包括数据传输请求、确认、指示等原语。25、每个Zigbee设备都与一个特定的模板有关，这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇，比如应用环境为智能家居，那么就可以建立一个智能家居的模板。不过Zigbee模板不是随意定义的，它们的定义，由Zigbee联盟负责。Zigbee联盟定义了三种模板分别为Zigbee协议栈模板、ZigbeePRO模板以及特定网络模板，在Zstack协议栈中使用了这三种模板。26、协议模板Zigbee有三种类型的模板可以按使用限制分为：私有、公开和共用。每个模板都有一个模板标识符，此标识符必须是唯一的27、单个的Zigbee设备可以支持多个模板，提供定义的簇标识符和设备描述符。这些簇标识符和端点标识符通过设备地址和端点地址来实现实现：设备地址：包含有IEEE地址和短地址的无线收发装置；端点地址：设备中的不同应用端点号代表。一个设备中最多可以有240个端点。28、功能描述：Zigbee应用框架的功能可以简单概括为组合事务、接收和拒绝。29、Zigbee设备对象（ZDO）使用应用支持子层（APS）和网络层提供的服务实现Zigbee协调器、路由器和终端设备的功能。ZDO的功能包括：初始化应用支持子层、网络层和其他Zigbee设备层；汇聚来自端点应用的信息，以实现设备和服务发现、网络管理、绑定管理、安全管理、节点管理等功能。30、Zigbee网络中的设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点，每一种的设备的设备对象行为都不同。第三章Zigbee硬件设计1、原理图设计基本要求：规范、清晰、准确、易读。2、在硬件设计过程中根据功能和性能需求制定合适的方案，选取合适的CPU及外围元件3、Zigbee硬件分为三部分，即CC2530核心板、协调器底板和路由器底板。4、协调器底板集成了LED、LCD、RS232、电源接口、JTAG接口、蜂鸣器、时钟模块、按键以及传感器模块。5、路由器底板集成了LED、电源接口、JTAG接口、蜂鸣器、按键以及传感器模块。6、简述对CPU进行选型时需要注意的事项。答：1性价比高；2容易开发；3可扩展性好。7、简述低功耗设计的注意事项。答：选择低功耗器件；去除不必要的器件；选择合适的电源；综合考虑所以器件的工作电压范围；利用器件本身特性降低功耗。8、Zigbee的硬件设计，主要内容包括硬件设计规则及注意事项、Zigbee节点硬件总体设计、Zigbee节点低功耗设计，其中:硬件设计规则及注意事项主要包括需求分析、元器件选型以及设计的基本原则；硬件总体设计分别介绍Zigbee核心板、Zigbee协调器底板和路由器底板；主要讲解在低功耗设计过程中所要考虑的问题以及需要注意的事项。9、原理图设计的一般过程包括以下几个方面：确定需求、确定核心CPU、参考成功案例、对外围器件的选型、设计基本原则。10、在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤。11、路由器底板的电源有两种供电方式，外接电源供电和电池供电。外接电源供电和协调器底板完全相同，不同的是电池供电，电池采用两节1.5V的五号电池串联得到3.0V电压为路由器底板进行供电。第四章CC2530基础开发1、CC2530外设包括I/O引脚、ADC、DMA、串口等。2、CC2530包括3个8位输入/输出（I/O）端口，分别是P0、P1和P2。3、CC2530的ADC支持多达14位的模拟数字转换，具有多达12位的有效数字位。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可配置的通道，一个参考电压发生器。4、CC2530的8051CPU有四个不同的存储空间,分别为CODE、DATA、XDATA和SFR5、CC2530内置一个存储器直接存取（DMA）控制器，可以用来减轻8051CPU内核传送数据操作的负担，从而实现在高校利用电源的条件下的高性能。6、CC2530具有USART0和USART1串行通信接口，能够分别运行于异步URAT模式或者同步