zigbee网络层协议的分析与设计

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1、万方数据第26卷第12期2009年12月计算机应用与软件ComputerApplicationsandSoftwareV01．26No．12Dec．2009ZigBee网络层协议的分析与设计杨诚聂章龙(常州信息职业技术学院江苏常州213164)摘要目前，国内对ZigBee无线传感器网络的研究主要是以ZigBee技术应用为主，尚没有对外公布的协议栈，基本上是在某些公司提供的底层协议API接1=／基础之上实现开发。在深入分析ZigBee协议架构的基础之上，重点对ZigBee网络层协议的设计作了详细阐述。关键词无线传感

2、器网络ZigBeeZigBee网络层协议IEEE802．15．4ANALYSINGANDDESIGNINGZIGBEENETWORKLAYERSPROTOCoLYangChengNieZhanglong(ChangzhouCollegeofInformationTechnology，Changzhou213164，Jiangsu，China)AbstractAtpresent．domesticresearchesonZigBeewirelesssensornetworkconcentrate013ZigBee’s

3、applications船themajoratten-tions，andthereisnoprotocolstacktohavebeenproclaimed，basicallytheimplementeddevelopmentsarejustbasedontheunderlineprotocolAPIinterfaceprovidedbysomecompanies．Accordingtoourin—depthanalysisonZigBeeprotocolarchitecture，inthispaperweput

4、theem—phasisonelucidatingthedesignofZigBeenetworklayerprotoc01．KeywordsWirelesssensornetworkZigBeenetworklayersprotocolIEEE802．15．40引言作为将对二十一世纪产生巨大影响的技术之一，无线传感器网络WSN(wirelesssensornetwork)是近几年来国内外研究的热点，无线传感器网络引起了世界上许多国家军界、学术界和工业界的高度重视川，其应用前景十分广阔。目前，在无线传感器网络中，

5、短距离、低成本、低功耗的ZigBee技术是无线通信应用的首选技术之一。ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。2l。本文在分析ZigBee无线传感器网络设计的关键技术基础上，重点给出了ZigBee网络层协议设计方案。ZigBee协议整体架构ZigBee协议的整体架构为分层结构和拓扑结构，在此基础上物理层、MAC层、网络层和应用层可以相互合作，逐层发挥各自的功能，从而实

6、现ZigBee无线传感网络的基本功能。1．1ZigBee协议的分层结构ZigBee标准的分层架构是在OSI七层模型的基础上根据市场和应用的实际需要定义的。其中IEEE802．15．4-2003标准定义了底层协议：物理层PHY(PhysicalLayer)和媒体访问控制层MACfMediumAce．sControlSub-Layer)。ZigBee联盟在此基础上定义了网络层NWK(NetworkLayer)和应用层APL(Appliea‘tionLayer)架构。ZigBee协议的体系结构如图1所示旧1。其中PHY

7、层主要功能包括启动和关闭无线收发器、信道能鼋检测、链路质量检测、信道选择、空闲信道评估(CCA)以及通过物理信道对数据包进行发送和接收等；MAC层主要实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送与接收帧结构数据，提供合适的安全机制等；网络安全层主要用于ZigBee网络的组网连接、数据管理和网络安全等；应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型。IItt'ilf／安全层]zigBeie协议MAC层tIEEE802．15．4PttY层●1r图1ZigBee协议的分层结构1．2ZigBee网络拓扑结构在Zig

8、Bee网络中，根据设备所具有的通信能力，可以分为全功能设备FFD(full—functiondevice)和精简功能设备RFD(re．duced-functiondevice)。FFD之间以及FFD和RFD之间都可以相互通信；但RFD只能与FFD通信，而不能与其他RFD通信。RFD主要用于简单的控制应用，传输的数据量较少，对传输资源和通信资源占用不多，可以采用相对廉价的实