zigbee 技术网络层探究和研究

《zigbee 技术网络层探究和研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Zigbee技术网络层探究和研究　　摘要：Zigbee技术是一种新兴的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、易应用的短距离双向无线通信技术，网络层是Zigbee协议栈中最为复杂的一层。该文介绍和分析了Zigbee技术支持的网络拓扑结构，重点介绍了节点接入网络技术，路由表维护机制，网络地址分配机制，路由选择算法和网络包的格式。关键词：ZIGBEE技术；协议栈；路由；路由接入中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）18-4208-04Zigbee技术是一种新兴的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、易应用的短距离

2、双向无线通信技术[1-3]。它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案，主要应用于短距离的无线连接[3]。Zigbee作为新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动低速率个人区域网络（Low-RateWirelessPersonalAreaNetwork，LR-WPAN）的发展[4-5]。Zigbee为一个无线网状组网标准，物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）由IEEE802.15.4协议标准提供[6-7]，网络层及以上各层由Zigbee联盟制定。网络层的主要功能是提供一些必要的函数，确保IEEE802.15.411MAC子层能够正常的

3、工作，且为应用层提供合适的服务接口。包括网络层数据服务实体和网络层管理服务实体两个必须的服务实体。网络层数据服务实体提供数据服务，通过对应用支持子层协议数据单元增加一个适当的网络层协议头生成一个网络层协议数据单元；指定拓扑传输路由，发送一个网络层协议数据单元到一个合适的设备。网络层管理服务实体允许应用与堆栈相互作用，提供如下服务：配置一个新设备、初始化网络、连接和断开网络、寻址、邻居表发现、路由发现以及接收控制。Zigbee网络层支持星型、树型和网状型网络拓扑结构，如图1所示。在星型拓扑结构中，整个网络由一个Zigbee协调器和多个从设备组成，

4、且由协调器控制，Zigbee协调器负责发起和维护整个网络的正常工作，保持同网络中其他设备之间的通信。在树型和网状拓扑结构中，Zigbee协调器负责启动网络和选择网络的关键参数，如：最大子设备数、最大路由器数、最大深度等；同时也可以利用Zigbee协调器来扩展网络结构。在树型网络中，路由器设备采用分级路由策略来传输数据和控制信息，且树型网络可以采用基于信标的方式进行通信。在网状网络中，设备之间使用完全对等的通信方式，且不发送通信信标。1网络层核心功能1.1接入网络11Zigbee协调器建立网络后，其他设备作为协调器的子设备接入网络。在一个网络中具

5、有从属关系的设备允许一个新设备连接时，就与新的设备形成一个父子关系，新设备为子设备，与新设备连接的设备为父设备，一个网络中的所有设备（除协调器外）都是Zigbee协调器的子设备。任何子设备可以通过联合方式或者直接方式连接网络。通过联合方式接入网络，只要设备具有允许加入子设备的功能和具有有效地网络地址空间，它就可以接受一个新设备发送的连接请求命令。通常仅仅只有Zigbee协调器和路由器设备具有允许接受子设备的能力，才能接受连接请求命令，终端设备不具备这个能力。对于子设备，首先MAC层扫描信道，可执行被动扫描或主动扫描。在扫描过程中，子设备发送一个

6、beaconrequest帧，对工作在这个信道中的所有设备收到此帧，发送beacon帧，告知发送者是否允许其他设备以其子设备的方式加入网络。一旦信道扫描完成，MAC层通知网络层扫描完成，网络层选择合适的潜在父设备发送入网请求命令。如果收到潜在父节点拒绝该设备加入，网络层将在关联表中重新设置潜在父节点，以不再重新向该潜在的父设备发送入网请求命令。如果一次加入网络不成功，将继续选择其他的潜在父节点加入，直到找到一个合适的父设备加入。如果加入成功，则设置父设备分配的16位网络地址进行通信。11对于父设备，只要协调器或路由器可以执行分配网络地址过程。如

7、果潜在的父设备没有可用的地址分配，将告知发送入网请求命令的设备该设备不能接收子设备。如果有可用的地址则分配网络地址，允许该设备作为其子设备加入网络。直接方式连接网络，首先由父设备（Zigbee协调器或路由器）确定所指定要加入网络的设备是否已经存在于网络中，如果不存在，则分配一个唯一的16位的网络地址。具体的接入网络子设备与父设备的连接流程可参考文献，这里不再详细论述。1.2邻居表维护11Zigbee的每个设备都必须维护一个邻居表。设备的邻居表应包含在其一跳传输范围内的每一个设备的信息。存储在邻居表中的信息可用于各种目的，通常在实际的Zigbee

8、设备运行中，不需要包含所有的信息。其中邻居设备的PAN标识符、扩展地址（如果设备为父设备或者子设备）、网络地址、设备类型、与设备之间的关系是邻居表必须