1.物理（PHY）层

ZigBee协议是在IEEE 802.15.4基础上增加了网络层和应用层而形成的，因此是直接采用了IEEE 802.15.4标准的物理层。与TCP/IP协议的物理层类似，它与硬件直接相关，主要提供了最底层、直接基于无线信道的实现，为协议上层提供服务。主要功能如下：

（1）选择信道

ZigBee协议可以工作在3个频段上，分别为868MHz、915MHz、2.4GHz，地区上适用范围分别是欧洲、北美和全球。在这3个频段上，协议总共定义了27个信道，各频段的信道数为1个、10个、16个，每个频段上的不同信道都互相以某一个频率差分布在频段的中心频率上，见表5-2。

表5-2 信道分布

只有同一个信道上的设备才能互相监测到数据，从而通信，因此，每一个ZigBee网络上的所有设备都处于同一个信道中。同时同一个信道上也可能存在多个ZigBee网络。我国使用的是2.4GHz频段。

（2）收集信道的相关信息

相关信息包括信道能量检测（Energy Detect，ED），接收数据报的链路质量标识检测（Link Quality Indication，LQI），空闲信道评估（Clear Channel Assessment，CCA）。即通过对信道上物理信号功率的检测，判断当前时刻信道是否空闲等，为其他操作如收发数据的判断做出依据。

（3）对收发器的管理

可以控制、改变无线收发器的状态，如发送数据时改变为发送状态，接收时则相反，同时可以适当选择关闭收发器，以节省功耗。

（4）收发数据(www.daowen.com)

收发数据是物理层最主要的功能，实现数据在合适的时刻（信道空闲）在无线信道上的发送与接收。

2.链路控制（MAC）层

链路控制层作为底层的物理层与高层的网络层之间的接口，主要的功能为实现网络中的同步，处理网络中设备的链接与断开，在底层收发数据的接口上实现节点间的可靠通信，在信道上避免冲突等。其中避免冲突、实现信道接入的方法是CSMA/CA（Carrier Sense Multi-ple Access with Collision Avoidance，带有冲突检测的载波侦听多路访问），CSMA/CA技术是一种简单的让多设备能够同时使用同一个频率信道的技术。与以太网采用的CSMA/CA技术能够检测冲突不同，由于无线收发器某个时刻只能处于一种状态，不能实现同时接收和发送信号，因此无线网络无法实现冲突的检测，而是尽量“避免”。它的基本原理和主要工作流程是，每一个节点在发送数据之前先监听信道，通过对信号的分析，判断是否有IEEE 802.15.4标准的无线信号，如果有，则随机延迟一段时间再进行监听判断，并且等待时间按指数增长越来越长，直到空闲或等待次数达到协议设定的一个最大值，从而最大可能的避免冲突。

3.网络（NWK）层

网络层的主要功能有管理、分配网络地址（协调器节点职责），自动制定、维护网络的路由信息，实现路由发现，在MAC层的基础上实现网络内数据的路由转发、传递功能，提供给应用层简单、直接的数据传输接口等。

网络层提供了3种类型的数据传播机制，分别为广播、多播、单播，如图5-3所示。广播方式指发出信息后，同网络内的其他节点都能接收该信息，实现的方式是将目的地址指定为一个特殊的广播地址。网络层用16位的二进制数表示每一个网络地址，0xffff就是广播地址。多播方式是指让某一部分节点能够接收信息，这比用单播方式去与每个目标节点通信要方便和更有效率，如智能家居应用中，可以用一个开关多播信息来控制多个灯光等电器。多播是靠指定群的信息，group id来实现的。在网络中，除了网络地址外，也有group相关的信息参数，为每个节点配置所属群的信息。单播方式是最基本的通信机制，一对节点间直接通信，其他节点不接收不属于自己的消息。

图5-3 三种传播机制

4.应用（APL）层

应用层上的就是运行在已有通信网络上的各个应用程序对象，最多能有240个应用。这里的应用指的就是节点上利用网络的传输接口，实现的各种具体功能。比如一个节点处于智能家庭的传感器网络中，它可能可以通过按键发送信息控制照明灯开关，同时可以通过节点上的传感器感受某些物理信息并发送到其他节点，然后可以循环地更改自身的指示灯状态等。这就如同TCP/IP网络，计算机上也可以有多个程序同时运行，每个程序都利用TCP网络与网络中的其他计算机通信。

既然有多应用的环境，就要实现多应用的管理和识别。区分识别方面，如同TCP网络中的端口概念一样，用不同的数字区分计算机上使用TCP网络的不同应用程序，ZigBee网络中用endpoint来区分不同的应用，其值从1到240代表可能的所有应用。因此通信时，除了指定目的网络地址外，也要指定endpoint号，与目标节点上的某一个应用通信。同时，具体实现的ZigBee协议栈一般都需要提供一个简单的多应用管理机制，实现多应用的同时运行，不互相冲突，比如一个简易的小型操作系统。