2. Zigbee终端设备入网流程观察

任务目标

使用抓包工具捕获Zigbee终端设备（End Device）加入网络（Association）的完整过程，识别并分析关键帧：Beacon Request、Beacon、Association Request、Association Response，以及后续的Transport Key和Device Announce。

环境与依赖

• 硬件：Zigbee协调器（如CC2531 USB Dongle）+ 1个终端设备（如Xiaomi温湿度传感器）；
• 软件：Ubuntu 20.04+ / Windows 10+，安装 Wireshark 4.x；
• 固件：CC2531刷写 ZNP-Host-firmware（Z-Stack 3.0.2），确保协调器允许加入（Permit Join）；
• 驱动：CC2531需识别为串口设备（Linux下为 /dev/ttyUSB0）。

抓包配置

1. 将CC2531插入电脑，确认串口枚举成功；
2. 打开Wireshark，选择接口 Zigbee over Serial（若未显示，需安装 zigbee 解析器插件）；
3. 在Capture Options中设置 Channel: 11（默认），勾选 Enable Zigbee decoding；
4. 开始抓包前，先通过串口工具（如 minicom）向协调器发送 0x01 0x08 0x00（ZDO Permit Join Request，允许入网60秒）。

关键完整代码（Python串口控制协调器）

import serial
import time
import struct

# 配置串口（根据实际设备修改）
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200, timeout=1)

def send_znp(cmd0, cmd1, payload):
    """构造并发送ZNP帧（无FCS校验，适用于Z-Stack 3.0.2）"""
    length = len(payload)
    frame = bytes([0xFE, length, cmd0, cmd1]) + payload
    # 计算FCS（异或和）
    fcs = 0
    for b in frame[1:]:
        fcs ^= b
    frame += bytes([fcs])
    ser.write(frame)
    time.sleep(0.1)

# 1. 发送ZDO Permit Join Request (0x25 0x04)
# 参数: DstAddr=0x0000 (协调器), PermitDuration=60, TC_Significance=1
payload = struct.pack('<HB', 0x0000, 60) + bytes([1])
send_znp(0x25, 0x04, payload)
print("已发送允许入网命令，持续60秒")

# 2. 等待并读取协调器返回的确认帧（可选，用于验证命令是否被接受）
response = ser.read(10)
if response:
    print(f"协调器返回: {response.hex()}")

ser.close()

入网流程观察与帧分析

执行上述Python脚本后，立即给终端设备上电或触发其重新入网（如长按重置）。在Wireshark中按 zbee_nwk 过滤，观察以下帧序列：

验证方法与判定标准

• 通过条件：在Wireshark中完整捕获上述6类帧，且Association Response中的Status字段为 Successful（0x00）；
• 关键检查点：Beacon帧中 Permit Joining 必须为TRUE，否则终端设备不会发起关联请求；
• 数据一致性：Device Announce中的短地址应与Association Response中分配的短地址一致；
• 失败排查：若未捕获到Beacon Request，检查终端设备是否处于入网状态（部分设备需长按按键3秒）；若Association Response返回Failure（0x01），说明PAN容量已满或协调器不允许入网。

常见问题

• Wireshark无法解析Zigbee帧：确认已安装 zigbee 插件（Wireshark 4.x自带），并在接口设置中启用 Zigbee 协议解码器；
• 串口命令无响应：检查CC2531固件是否为ZNP模式，部分设备需先发送 0xEF 0x01 进入ZNP模式；
• 抓包不到任何帧：确认终端设备与协调器在同一信道（默认11），且协调器已上电并建立PAN。