Zigbee ist ein drahtloser Kommunikationsstandard, der sich auf kleine, energieeffiziente Geräte spezialisiert. Zigbee wird oft in Anwendungen wie Heimautomatisierung, Smart Energy und industrielle Steuerungen verwendet. Das Zigbee-Protokoll basiert auf dem IEEE 802.15.4-Standard, der die physikalische und Medienzugriffsschicht spezifiziert. Innerhalb des Zigbee-Protokolls gibt es verschiedene Frameformate, die unterschiedliche Arten von Informationen transportieren.
Ein Zigbee-Frame ist in mehrere Teile unterteilt: PHY (Physical Layer), MAC (Medium Access Control Layer) und darüber hinaus weitere Schichten wie das Netzwerk (NWK) und die Anwendungs-Schicht (APS).
Der PHY-Frame beinhaltet die Daten, die auf der physikalischen Schicht gesendet werden. Er besteht aus:
- SHR (Synchronisation Header): Dieser besteht aus einem Präambel-Symbol und einem Start Frame Delimiter (SFD), die dazu dienen, den Beginn eines Frames zu kennzeichnen.
- PHR (PHY Header): Der PHR enthält die Länge des PHY-SDU (Service Data Unit).
- PHY-SDU: Dies ist die Nutzlastdaten-Einheit, die von der darüberliegenden MAC-Schicht kommt.
MAC-Frames in Zigbee sind essentiell für die Steuerung des Zugriffs auf das Medium und bestehen aus mehreren Typen, darunter der Beacon-Frame, der Daten-Frame, der Acknowledge-Frame und der Command-Frame. Ein typischer MAC-Frame besteht aus den folgenden Feldern:
- Frame Control: Enthält Steuerbits und Flags zur Beschreibung des Frames.
- Sequence Number: Eine Sequenznummer, die zur Verfolgung und Vermeidung von Duplikationen dient.
- Addressing Fields: Enthalten entweder 16-Bit oder 64-Bit Adressen für die Quelle und das Ziel.
- Frame Payload: Dies ist die eigentliche Nutzlast des Frames.
- Frame Check Sequence (FCS): Ein Prüfwert zur Fehlererkennung.
Die Netzwerk-Schicht ist für Routing und die Netzwerkadressierung verantwortlich. Ein NWK-Frame enthält Informationen wie:
- Frame Control: Flags und Steuerinformationen
- Destination Address: Zieladresse
- Source Address: Quelladresse
- Radius: Die maximale Anzahl der Hops, die ein Frame nehmen kann.
- Sequence Number: Zur Verfolgung der Frames.
- Payload: Die Nutzlast, die von höheren Schichten stammt.
Die APS-Schicht bietet Dienste für die Applikationen und stellt sicher, dass Nachrichten zwischen Knoten zuverlässig übertragen werden. Ein APS-Frame hat ähnliche Felder:
- Frame Control: Steuerinformationen
- Destination Endpoint: Zielanwendung
- Cluster ID: Identifiziert die Art der Nachricht.
- Profile ID: Gibt das Zigbee-Profil an.
- Source Endpoint: Quelle der Anwendung.
- APS Payload: Die eigentliche Nachricht oder Kommando.
1. Beacon-Frame: Verwendet von Koordinatoren oder Routern, um spezielle Informationen über die Netzwerkstruktur und Timing zu senden.
2. Daten-Frame: Transportiert Daten zwischen Geräten, wie zum Beispiel Sensordaten.
3. Acknowledge-Frame: Bestätigt den Empfang von Daten-Frames, um Zuverlässigkeit sicherzustellen.
4. Command-Frame: Wird verwendet, um Steuer- und Verwaltungsbefehle zu kommunizieren, wie Adresszuweisungen oder Netzwerk-Joins.
1. “IEEE 802.15.4-2011 standard,” IEEE, [Online Dokumentation](https://standards.ieee.org/standard/802_15_4-2011.html)
2. Texas Instruments, “Zigbee Overview,” TI, [Technische Berichte](https://www.ti.com/lit/an/swra615a/swra615a.pdf)
3. Digi International, “Zigbee RF Modules,” [Produkthandbuch PDF](https://www.digi.com/resources/documentation/digidocs/pdfs/90000976.pdf)
Diese Quellen bieten umfassende Informationen über die Struktur und den Einsatz von Zigbee-Frameformaten.
