《zigbee 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層探究和研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、Zigbee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層探究和研究　　摘要：Zigbee技術(shù)是一種新興的低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、易應(yīng)用的短距離雙向無線通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層是Zigbee協(xié)議棧中最為復(fù)雜的一層。該文介紹和分析了Zigbee技術(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，路由表維護(hù)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)地址分配機(jī)制，路由選擇算法和網(wǎng)絡(luò)包的格式。關(guān)鍵詞：ZIGBEE技術(shù)；協(xié)議棧；路由；路由接入中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044（2013）18-4208-04Zigbee技術(shù)是一種新興的低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、易應(yīng)用的短距離

2、雙向無線通信技術(shù)[1-3]。它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，主要應(yīng)用于短距離的無線連接[3]。Zigbee作為新興的短距離無線通信技術(shù)，正有力地推動低速率個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Low-RateWirelessPersonalAreaNetwork，LR-WPAN）的發(fā)展[4-5]。Zigbee為一個無線網(wǎng)狀組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）由IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提供[6-7]，網(wǎng)絡(luò)層及以上各層由Zigbee聯(lián)盟制定。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是提供一些必要的函數(shù)，確保IEEE802.15.411MAC子層能夠正常的

3、工作，且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。包括網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體兩個必須的服務(wù)實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)服務(wù)，通過對應(yīng)用支持子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元增加一個適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)層協(xié)議頭生成一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元；指定拓?fù)鋫鬏斅酚?，發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個合適的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體允許應(yīng)用與堆棧相互作用，提供如下服務(wù)：配置一個新設(shè)備、初始化網(wǎng)絡(luò)、連接和斷開網(wǎng)絡(luò)、尋址、鄰居表發(fā)現(xiàn)、路由發(fā)現(xiàn)以及接收控制。Zigbee網(wǎng)絡(luò)層支持星型、樹型和網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，整個網(wǎng)絡(luò)由一個Zigbee協(xié)調(diào)器和多個從設(shè)備組成，

4、且由協(xié)調(diào)器控制，Zigbee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)發(fā)起和維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)的正常工作，保持同網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備之間的通信。在樹型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，Zigbee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)和選擇網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)，如：最大子設(shè)備數(shù)、最大路由器數(shù)、最大深度等；同時也可以利用Zigbee協(xié)調(diào)器來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在樹型網(wǎng)絡(luò)中，路由器設(shè)備采用分級路由策略來傳輸數(shù)據(jù)和控制信息，且樹型網(wǎng)絡(luò)可以采用基于信標(biāo)的方式進(jìn)行通信。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備之間使用完全對等的通信方式，且不發(fā)送通信信標(biāo)。1網(wǎng)絡(luò)層核心功能1.1接入網(wǎng)絡(luò)11Zigbee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)后，其他設(shè)備作為協(xié)調(diào)器的子設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。在一個網(wǎng)絡(luò)中具

5、有從屬關(guān)系的設(shè)備允許一個新設(shè)備連接時，就與新的設(shè)備形成一個父子關(guān)系，新設(shè)備為子設(shè)備，與新設(shè)備連接的設(shè)備為父設(shè)備，一個網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備（除協(xié)調(diào)器外）都是Zigbee協(xié)調(diào)器的子設(shè)備。任何子設(shè)備可以通過聯(lián)合方式或者直接方式連接網(wǎng)絡(luò)。通過聯(lián)合方式接入網(wǎng)絡(luò)，只要設(shè)備具有允許加入子設(shè)備的功能和具有有效地網(wǎng)絡(luò)地址空間，它就可以接受一個新設(shè)備發(fā)送的連接請求命令。通常僅僅只有Zigbee協(xié)調(diào)器和路由器設(shè)備具有允許接受子設(shè)備的能力，才能接受連接請求命令，終端設(shè)備不具備這個能力。對于子設(shè)備，首先MAC層掃描信道，可執(zhí)行被動掃描或主動掃描。在掃描過程中，子設(shè)備發(fā)送一個

6、beaconrequest幀，對工作在這個信道中的所有設(shè)備收到此幀，發(fā)送beacon幀，告知發(fā)送者是否允許其他設(shè)備以其子設(shè)備的方式加入網(wǎng)絡(luò)。一旦信道掃描完成，MAC層通知網(wǎng)絡(luò)層掃描完成，網(wǎng)絡(luò)層選擇合適的潛在父設(shè)備發(fā)送入網(wǎng)請求命令。如果收到潛在父節(jié)點(diǎn)拒絕該設(shè)備加入，網(wǎng)絡(luò)層將在關(guān)聯(lián)表中重新設(shè)置潛在父節(jié)點(diǎn)，以不再重新向該潛在的父設(shè)備發(fā)送入網(wǎng)請求命令。如果一次加入網(wǎng)絡(luò)不成功，將繼續(xù)選擇其他的潛在父節(jié)點(diǎn)加入，直到找到一個合適的父設(shè)備加入。如果加入成功，則設(shè)置父設(shè)備分配的16位網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行通信。11對于父設(shè)備，只要協(xié)調(diào)器或路由器可以執(zhí)行分配網(wǎng)絡(luò)地址過程。如

7、果潛在的父設(shè)備沒有可用的地址分配，將告知發(fā)送入網(wǎng)請求命令的設(shè)備該設(shè)備不能接收子設(shè)備。如果有可用的地址則分配網(wǎng)絡(luò)地址，允許該設(shè)備作為其子設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。直接方式連接網(wǎng)絡(luò)，首先由父設(shè)備（Zigbee協(xié)調(diào)器或路由器）確定所指定要加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是否已經(jīng)存在于網(wǎng)絡(luò)中，如果不存在，則分配一個唯一的16位的網(wǎng)絡(luò)地址。具體的接入網(wǎng)絡(luò)子設(shè)備與父設(shè)備的連接流程可參考文獻(xiàn)，這里不再詳細(xì)論述。1.2鄰居表維護(hù)11Zigbee的每個設(shè)備都必須維護(hù)一個鄰居表。設(shè)備的鄰居表應(yīng)包含在其一跳傳輸范圍內(nèi)的每一個設(shè)備的信息。存儲在鄰居表中的信息可用于各種目的，通常在實(shí)際的Zigbee

8、設(shè)備運(yùn)行中，不需要包含所有的信息。其中鄰居設(shè)備的PAN標(biāo)識符、擴(kuò)展地址（如果設(shè)備為父設(shè)備或者子設(shè)備）、網(wǎng)絡(luò)地址、設(shè)備類型、與設(shè)備之間的關(guān)系是鄰居表必須