ZigBee协议栈是一个分层的协议体系，主要包括物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(APS)。每一层都有其特定的功能和责任，共同协作实现无线通信。
物理层(PHY)：
物理层负责定义无线信道的物理特性，包括射频信号的传输和接收。
媒体访问控制层(MAC)：
MAC层负责处理数据帧的发送和接收，并管理网络中的节点。
网络层(NWK)：
网络层负责构建和维护网络拓扑结构，如星型、树型和网状网。它实现了节点加入或离开网络、路由查找及数据传输等功能。
应用层(APS)：
应用层负责定义设备之间交互的数据格式和协议，提供应用程序支持。它包括应用支持子层(APS子层)、设备对象、设备管理平台等组件。
此外，ZigBee协议栈还可能包含安全服务提供层(SSP)，用于管理和保护网络的安全性。
ZigBee协议栈结构通过每一层的功能的协同工作，实现了低功耗、低数据速率、近距离无线通信的需求，广泛应用于物联网领域。
一、 ZigBee协议栈的物理层(PHY)具体是如何定义
ZigBee协议栈的物理层(PHY)通过定义无线信道的物理特性来实现高效、低功耗、短距离的无线通信。具体来说，ZigBee标准定义了两个物理层标准：2.4 GHz物理层和868/915 MHz物理层。这两个物理层都基于直接序列扩频(DSSS)技术，并使用相同的物理层数据包格式。
在868/915 MHz频段中，ZigBee标准定义了两种不同的物理层格式。868-868.6 MHz频段的PHY层采用BPSK调制方式，大约可以传输20 Ksymbol/s的数据速率;而902-928 MHz频段的PHY层也采用BPSK调制方式，大约可以传输40 Ksymbol/s的数据速率。此外，2400-2483.5 MHz频段的PHY层则采用O-QPSK调制方式，大约可以传输62.5 Ksymbol/s的数据速率。
这些物理层不仅规定了使用的频率和信道，还涉及到调制方式以及帧结构等关键参数。
二、 在ZigBee网络层(NWK)中节点如何实现加入或离开网络
在ZigBee网络层(NWK)中，节点的加入或离开网络以及路由查找功能主要通过以下几个步骤实现：
1.节点加入网络：
- 直接入网(Direct Join)：新节点可以通过与协调器连接来直接加入网络。在这个过程中，父节点会执行添加相邻表条目的动作，为已知的会进行直接加入的子节点分配好空间。
- 通过已有父节点入网：新节点也可以通过与一个已经存在于网络中的父节点连接来加入网络。
2.路由查找功能：
ZigBee网络层负责路由发现、邻居表、路由表、路由发现表及部分网络层命令的管理。路由路径是由路由发现过程创建的。
网络层的核心职责是将上层或其他节点发来的网络层数据正确传输到目标节点。
支持多种路由协议，如Cluster-Tree、AODVjr等，以实现高效的路由查找和数据传输。
三、 ZigBee应用层(APS)支持哪些类型的设备交互数据格式和协议?
ZigBee应用层(APS)支持多种设备交互数据格式和协议。ZigBee 3.0定义了超过130种设备类型，并且支持动态多协议无线连接，这意味着可以在单芯片上同时支持多个无线协议，如ZigBee和蓝牙。此外，ZigBee 3.0基于IEEE 802.15.4标准，采用的是全球通用的2.4 GHz频段。
在数据包格式方面，ZigBee数据包的格式包括帧头、帧控制字段、地址字段、帧负载和帧校验字段。具体到应用层(APS)，APS payload是应用层发送的交互数据，例如12 34 56 78 90等格式。此外，控制信息和数据信息通过不同的帧类型来区分，控制信息主要包括Beacon、Acknowledgement、MAC命令三种类型，而数据信息则通过其他帧类型进行传输。
四、 ZigBee安全服务提供层(SSP)的主要功能是什么
ZigBee安全服务提供层(SSP)的主要功能包括安全密钥建立、安全密钥传输、通过对称加密的帧保护以及安全设备管理。这些功能共同构成了ZigBee的安全体系结构，是对IEEE 802.15.4标准提供的安全服务的补充。
为了保护网络安全，ZigBee采用了多种措施：
- 加密技术：ZigBee使用128位AES加密技术来保护网络流量，确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。
- 密钥管理：ZigBee定义了标准的安全模型，支持身份验证和密钥管理。它建议定期更新密钥，并允许网络管理员设定密钥更新策略，以应对密钥可能暴露的风险。
- 固有安全机制：ZigBee还提供了固有的安全机制，如身份验证和重放攻击保护，以进一步增强网络的安全性。
五、 ZigBee协议栈在物联网领域的应用案例
ZigBee协议栈在物联网领域的应用案例非常广泛，涵盖了多个场景和行业。以下是一些典型的应用案例：
- 商场应急灯：在大型商场中，应急灯的开关控制和状态需要在中控室进行远程操作和查看。应急灯需要按楼层实现分组组网、独立控制。
- 工业粉尘远程监测系统：基于STM32、ZigBee协调器的工业粉尘远程监测系统，采用高精度激光粉尘传感器对工厂内的空气粉尘浓度进行监测，特别适合应用于工业环境。
- 智能家居：ZigBee模块可以嵌入到智能家居环境监测系统的各传感器设备中，实现近距离无线组网与数据传输。通过用户PC或手机、网关、光线传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器等设备，实现智能家居的智能化管理。
- 农业现代化管理体系：ZigBee技术可以被应用到农业领域，通过采集环境数据并实时传输至控制中心，以实现灌溉、施肥与温湿度维护等过程的远程自动化操作，为当地种植业的生产保驾护航。
- 健康医疗：ZigBee技术可以应用于医疗领域，例如实现远程监测和无线传感器网络的应用，帮助医生更好地管理和监控患者的健康状况。
