彻底明白Zigbee术语——群集(Cluster)端点(EndPoint)等

Posted 2023-04-28 离线

 

 

　　在学习zigbee协议栈的时候经常看到应用程序、zigbee设备对象（ZDO）、节点、设备、端点、群集、属性、绑定、寻址等一下zigbee 术语，不知道这些zigbee术语是表示什么，是如何定义的，是如何区分的，是如何划分的以及他们之间有什么联系，一切的一切全不知道。网上也有很多 zigbee术语的讲解，不知道是自己的理解能力有问题，还是本身这个就是很难理解，太过于抽象呢？

　　一、属性

　　属性Attribute是一个反映物理数量或状态的数据值，比如开关值（On/Off）、灯的状态值（On/Off）、温度值、百分比等等

　　二、群集，或称为簇

　　群集Cluster是包含一个或多个属性（attribute）的群集。简单的说，群集就是属性的集合。每个群集都被分配一个唯一群集ID且每个群集最多有65536个属性。比如一个群集包含了不同情况下的开关、不同情况下的灯、不同情况下的温度值、不同情况下的百分比等等

　　三、设备描述

　　设备描述Device DescripTIon是指一个大型目标应用的一部分，包括一个或多个群集

　　四、端点

　　端点EndPoint是协议栈应用层的入口，即入口地址，也可以理解应用对象（ApplicaTIon Object）存在的地方，它是为实现一个设备描述而定义的一组群集。每个Zigbee设备可以最多支持240这样的端点，端口0用于整个Zigbee设备的配置和管理，应用程序可以通过端点0与Zigbee堆栈的其他层通信，从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为Zigbee设备对象（ZDO）。端点255用于向所有端点的广播，端点241~254是保留端点。

　　五、配置文件

　　配置文件Profile可以理解为共同促进交互式应用的多个设备描述项的集合。定义了属性ID与群集（簇）ID，使之看起来就像设备的某种特性，以家庭智能控制系统为例，灯配置文件设定了远程控制设备的群集OnOffDRC含有一种属性OnOff，且该属性为无符号8位值，值0xFF意味着" 开"，0x00为"关"，0xF0则为无效。通常，配置文件也为设备定义了，哪些群集是强制托管，哪些群集是可选择的。另外，配置文件还定义了一些可选择的zigbee协议托管服务。每一个应用都对应一个配置文件（Profile），配置文件内容包括：设备ID（Device ID）、群集ID（Cluster ID）、属性ID（Attribute ID），及AF（应用框架）使用何种服务类型等信息。在zigbee协议中，一个配置文件中允许最多2^16个设备，2^8个群集，每个群集支持最多 2^16个属性。

　　六、节点

　　节点Node也可以理解为一个容器，包含一组zigbee设备，分享一个无线信道。每个节点有且只有一个无线信道。一个节点除了64位的IEEE地址，16位的网络地址，每个节点还提供了8位应用层入口地址（端点：EndPoint），对应于用户应用对象。

　　节点一Z1：开关控制装置

　　节点二Z2：灯装置

　　事件（Event）：开关2控制灯4的亮灭，开关1控制灯组1~3的亮灭

　　群集（Cluster）：不同情况下开关的状态和灯的状态

　　端点（EndPoint）：开关和灯

　　属性（Attribute）：开关和灯都有两种属性：开和关

　　七、绑定（Bindling）

　　Zigbee定义了一个称为端点绑定的特殊过程。绑定即在源节点的某个端点（EndPoint）和目标节点的某个端点之间创建一条逻辑链路。绑定可以发生在两个或多个设备之间。协调器节点维护一个基本上包括两个或多个端点之间的逻辑链路的绑定表。

　　在绑定表中，包含如下信息，源节点和目标节点的IEEE地址、端点号、群集号。对于可以建立绑定关系的两个节点，它们的群集的属性必须一个选择"输入"，另一个选择"输出"，而且群集号必须相等，只有这样，它们彼此才能建立绑定。如果目标设备的扩展地址是已知的，则调用 zb_BindDeviceRequest（）函数可以创建一个绑定条目。

　　八、寻址（Addressing）

在Zigbee网络中，使用两种地址：一种是64位的IEEE地址，也叫物理地址，64位地址在所有zigbee设备之中是唯一的，其中包含一个由 IEEE分配、也是全球唯一的24位制造商特定组织标识符OUI（OrganizaTIonally Uqique IdenTIfier）。另一种是16位的网络地址（NWK Address），当设备加入zigbee网络时，从允许其加入的父设备上获取16位网络地址。该地址在zigbee网络中唯一，用于数据传输和数据包路由。在zigbee中，数据包可以单点传送（unicast），多点传送（multicast）或者广播传输（broadcast），所以必须有地址模式参数。一个单点传送数据包只发送给一个设备，多点传送数据包则要传送个一组设备，而广播数据则要发送给整个网络的所有节点。当应用程序需要将数据包发送给网络上的一组设备时，还可以使用组寻址方式（Group Addrssing）。

zigbee ---- profile 和 cluster

在zigbee规范中，引入了profile, cluster的概念。具体说来，假设规范一个profile(可以理解成一套规定)，这个profile用来规范智能家居领域的相关产品都要满足那些要求，那么home automation public profile就规定了智能家居都要做什么。当然了，你可以自己规范一个自己的profile，称为private profile，而zigbee联盟则已经规范了一些profile，比如home automation，smart energy，building automation等，一个public profile也规定了profile 的ID，比如智能家居就规定是0x104。协议栈本身也有一个profile，就是Zigbee Device Profile，也就是ZDP了，这里规范了一个zigbee节点都要具备那些功能，比如路由能力啊，网络发现能力啊，各个协议层都要做什么啊，如此。

   在一个profile的规范下，又提出了cluster的概念，这个cluster要理解成一个大方向下的一个特定对象，比如智能家居下的一个调光器，操作这个调光器就需要一些命令，比如变亮，变暗，关灯，开灯这些，另外，这个调光器也会有一个attribute，也就属性，比如当前的亮度啊，由亮变暗的过程经历多长时间啊(一下子变亮视觉感觉没有渐变效果好喔)。对于home automation 的public profile已经规定了调光器应该有哪些cluster，如：Color Control Cluster，Ballast Configuration Cluster 等。然后，profile也规范了color control cluster 的ID，这个就是clusterID了。

 

 

 

总结说来，Profile规范了应该包括哪些cluster，一个cluster会有一个ID，在一个cluster下又会有很多command，也会有很多attibute；在一个cluster下面command 和attribute的ID要唯一，不同的cluster下可以重复，不同的profile下clusterID也可以重复。

    再延伸一点儿，zigbee联盟在协议栈之外又增加了一部分操作cluster的函数，那就是zigbee cluster library (ZCL)，这里边已经以源代码的形式提供了操作联盟规范的那些public profile下的函数，主要功能包括一些command的transmit，response，indicate以及confirm等，还有读写attribute的一些操作函数。所以在理解了ZCL的工作机制基础上，通过调用ZCL的函数实际上会让应用程序设计变得简单（但是学习ZCL倒是很麻烦）。
    假设我们要控制一个LED，有一个远程节点（发命令控制led ），一个本地节点（接受命令并真正的让led亮起来)，那么如果引入ZCL的概念，你可以设置这个操作led的事情是一个cluster，其下包含三个命令，一个open，一个close，一个read attribute，灯还有一个attribute，那就是当前的status，远程节点可以用ZCL的函数发open和close命令，也可以随时发一个read attibute命令读取本地节点led 的状态。这么做的好处是不需要再自己设计一个规定（比如：一个数据包的第几个字节表示什么。。。），而是直接调用ZCL即可实现，这对于command和attribute数量很少的应用不见得有多大好处，但是当command和attribute数量很多的时候，引入ZCL会让事情变得简单。