最新Zigbee Spec

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【简　介】:
【目　录】:TABLE OF CONTENTS
Notice of Use and Disclosure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
Document History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix
Chapter 1 ZigBee Protocol Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Protocol Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Purpose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.3 Stack Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.4 Network Topology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Conventions and Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Acronyms and Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.1 ZigBee/IEEE References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.2 Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.3 Informative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Chapter 2 Application Layer Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Application Support Sub-Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 Application Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.3 ZigBee Device Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 ZigBee Application Support (APS) Sub-Layer . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 Purpose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3 Application Support (APS) Sub-Layer Overview . . . . . . . . . 20
2.2.4 Service Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.5 Frame Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.6 Command Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.7 Constants and PIB Attributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.8 Functional Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
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vi Table of Contents
2.2.9 APS Sub-Layer Status Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.3 The ZigBee Application Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.3.1 Creating a ZigBee Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.3.2 ZigBee Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.3.3 Functional Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4 The ZigBee Device Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4.2 Device Profile Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.4.3 Client Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.4 Server Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2.4.5 ZDP Enumeration Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
2.4.6 Conformance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
2.5 The ZigBee Device Objects (ZDO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
2.5.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
2.5.2 Device Object Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
2.5.3 Layer Interface Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
2.5.4 System Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
2.5.5 Object Definition and Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
2.5.6 Configuration Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Chapter 3 Network Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
3.1 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
3.1.1 Network (NWK) Layer Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
3.2 Service Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
3.2.1 NWK Data Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
3.2.2 NWK Management Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
3.3 Frame Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
3.3.1 General NPDU Frame Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
3.3.2 Format of Individual Frame Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
3.4 Command Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
3.4.1 Route Request Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
3.4.2 Route Reply Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
3.4.3 Network Status Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
3.4.4 Leave Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
3.4.5 Route Record Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
3.4.6 Rejoin Request Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
3.4.7 Rejoin Response Command. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
3.4.8 Link Status Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
3.4.9 Network Report Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
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ZigBee Specification vii
Document 053474r17
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3.4.10 Network Update Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.5 Constants and NIB Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.5.1 NWK Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.5.2 NWK Information Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
3.6 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
3.6.1 Network and Device Maintenance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
3.6.2 Transmission and Reception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
3.6.3 Routing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
3.6.4 Scheduling Beacon Transmissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
3.6.5 Broadcast Communication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
3.6.6 Multicast Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
3.6.7 NWK Information in the MAC Beacons . . . . . . . . . . . . . . . . 414
3.6.8 Persistent Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
3.6.9 Low Power Routers (LPR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
3.7 NWK Layer Status Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Chapter 4 Security Services Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
4.1 Document Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
4.2 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
4.2.1 Security Architecture and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
4.2.2 NWK Layer Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
4.2.3 APL Layer Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
4.2.4 Trust Center Role. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
4.3 NWK Layer Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
4.3.1 Frame Security. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
4.3.2 Secured NPDU Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
4.3.3 Security-Related NIB Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
4.4 APS Layer Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
4.4.1 Frame Security. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
4.4.2 Key-Establishment Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
4.4.3 Transport-Key Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
4.4.4 Update Device Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
4.4.5 Remove Device Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
4.4.6 Request Key Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
4.4.7 Switch Key Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
4.4.8 Entity Authentication Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
4.4.9 Command Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
4.4.10 Security-Related AIB Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
4.5 Common Security Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
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viii Table of Contents
4.5.1 Auxiliary Frame Header Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
4.5.2 Security Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
4.5.3 Cryptographic Key Hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
4.5.4 Implementation Guidelines (Informative) . . . . . . . . . . . . . . . 493
4.6 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
4.6.1 ZigBee Coordinator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
4.6.2 Trust Center Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
4.6.3 Security Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
Annex A CCM* Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
A.1 Notation and Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
A.2 CCM* Mode Encryption and Authentication Transformation . . . 522
A.2.1 Input Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
A.2.2 Authentication Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
A.2.3 Encryption Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
A.3 CCM* Mode Decryption and Authentication
Checking Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
A.3.1 Decryption Transformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
A.3.2 Authentication Checking Transformation. . . . . . . . . . . . . . . 526
A.4 Restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
Annex B Security Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
B.1 Symmetric-Key Cryptographic Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . 527
B.1.1 Block-Cipher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
B.1.2 Mode of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
B.1.3 Cryptographic Hash Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
B.1.4 Keyed Hash Function for Message Authentication . . . . . . . 528
B.1.5 Specialized Keyed Hash Function for
Message Authentication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
B.1.6 Challenge Domain Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
B.2 Key Agreement Schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
B.2.1 Symmetric-Key Key Agreement Scheme . . . . . . . . . . . . . . . 529
B.3 Challenge Domain Parameter Generation and Validation . . . . . . . 529
B.3.1 Challenge Domain Parameter Generation. . . . . . . . . . . . . . . 530
B.3.2 Challenge Domain Parameter Verification . . . . . . . . . . . . . . 530
B.4 Challenge Validation Primitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
B.5 Secret Key Generation (SKG) Primitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
B.6 Block-Cipher-Based Cryptographic Hash Function . . . . . . . . . . . 532
B.7 Symmetric-Key Authenticated Key Agreement Scheme. . . . . . . . 533
B.7.1 Initiator Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
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ZigBee Specification ix
Document 053474r17
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B.7.2 Responder Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
B.8 Mutual Symmetric-Key Entity Authentication . . . . . . . . . . . . . . . 538
B.8.1 Initiator Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
B.8.2 Responder Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
Annex C Test Vectors For Cryptographic Building Blocks . . . . . . 543
C.1 Data Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
C.2 AES Block Cipher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
C.3 CCM* Mode Encryption and Authentication Transformation . . . 543
C.3.1 Input Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
C.3.2 Authentication Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
C.3.3 Encryption Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
C.4 CCM* Mode Decryption and Authentication
Checking Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
C.4.1 Decryption Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
C.4.2 Authentication Checking Transformation. . . . . . . . . . . . . . . 548
C.5 Cryptographic Hash Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
C.5.1 Test Vector Set 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
C.5.2 Test Vector Set 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
C.6 Keyed Hash Function for Message Authentication . . . . . . . . . . . . 551
C.6.1 Test Vector Set 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
C.6.2 Test Vector Set 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
C.6.3 Specialized Keyed Hash Function for Message
Authentication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
C.6.4 Symmetric-Key Key Agreement Scheme and Entity
Authentication Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
Annex D MAC and PHY Sub-Layer Clarifications . . . . . . . . . . . . 567
D.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
D.1.1 Scope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
D.1.2 Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
D.2 Stack Size Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
D.3 MAC Association. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
D.4 aMaxMACFrameSize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
D.5 Beacon Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
Annex E Operation of Network Manager as Network
Channel Manager for Interference Reporting and Resolution . . . 573