ZigBee技术.doc

ZigBee技术.docZigBee
《基于ZigBee规范构建大规模无线传感器网络》,通信学报,2008年 29卷 11期
ZigBee路由
《ZigBee无线传感器网络的路由机制》 数据通信
《ZigBee网络的路由协议研究》2008年1O月合肥工业大学学报
ZigBee数据结构
节点数据
路由表:ZigBee协调点和ZigBee路由节点都保存有一张路由表用来转发数据分组,为网络中的其它节点保存一个路由表条目(表1所示)。
路由发现表:ZigBee协调点和ZigBee路由节点除了保存一张路由表外还保存了一张路由发现表,路由发现表条目用来储存路由发现过程中的一些临时路由信息(表2所示)。
邻居节点列表:ZigBee网络中的每个节点都保存一张邻居节点列表,用来存储此节点传输范围内其它节点的信息(表3所示)。
节点交互的分组
ZigBee网络层的控制分组包括路由请求RREQ(Route Request)分组、路由应答RREP(Route Reply)分组和路由出错RERR(Route Error)。
RREQ分组:ZigBee网络中具有路由功能的节点可以向周围邻节点广播一个RREQ~ H,目的是为了找到希望到达的目的节点的有效路径,格式如表4所示。
RREP分组:RREQ分组到达的目的节点收到RREQ后~RREQ分组的发起节点回复一个RREP分组,格式见表5所示。
RERR分组:当节点转发数据分组失败时将产生一个RERR分组,通知此数据分组的源节点分组转发失败,格式如表6所示。
ZigBee路由协议
为了达到低成本、低功耗、高可靠性的设计目标,ZigBee网络中采用了Cluster—Tree与按需距离矢量路由AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)相结合的路由算法,但ZigBee中所使用的AODV与自组织网络中的经典的AODV协议并不完全相同,准确地说是一种简化版本的AODV,即AODVjr(AODV Junior)。
在ZigBee网络中,节点可以按照父子关系(当网络中的节点允许一个新节点通过它加入网络时,它们之间就形成了父子关系)使用Cluster—Tree算法选择路径,即当一个节点接收到分组后发现该分组不是给自己的,则只能转发给它的父节点或子节点。显然这并不一定是最优的路径,为了提高路由效率,ZigBee网络中也让具有路由功能的节点使用AODVjr发现路由,即具有路由功能的节点可以不按照父子关系而直接发送信息到其通信范围内的其它具有路由功能的节点,而不具有路由功能的节点仍然使用Cluster—Tree路由发送数据分组和控制分组。
Cluster-Tree
在Cluster—Tree算法中,节点根据分组目的节点的网络地址计算分组的下一跳。对于地址为A、深度为d的ZigBee路由节点,如果满足下面的不等式,则地址为D的目的节点是它的一个后代:。
如果确定分组的目的节点是接收节点的一个后代,节点就将分组发送给它的一个子节点,此时如果满足:,则说明目的节点是它的一个终端子节点,这时下一跳节点地址,
v为:
如果目的节点不是接收节点的一个后代,则将分组发送给它的父节点。
簇树路由机制包括树型地址的分配和树型寻址方式,它属于静态路由,不需要存储路由表。网络协调器确定整个网络节点的数目,节点的地址由父节点采用分布式地址分配方案进行分配,每个节点都拥有一个网络深度d,用以指示在其父子链路上,将数据传输到作为根节点的网络协调器的最小跳数。当网络协调器建立一个新的网络时,它给自己分配一个网络地址值A(0)=0x0000,并设定自己的网络深度d(0)=0。如果节点i想要加入网络,并与节点k关联,那么k将作为i的父节点,之后k根据自身的网络地址A(k)和网络深度d(k), 给i分配网络地址A(i)和网络深度d(i)=d(k)+1。

图2是ZigBee 网络的簇树结构,其中参数nwkMaxChildren(Cm)代表与路由器或协调器相关联的最大子节点数,参数nwkMaxRouters(Rm)指子节点中能成为路由器的最大节点数,参数nwkMaxDepth(Lm)是网络的最大深度。对于同样的网络,不同的节点拥有的Cm、 Rm和Lm通常都是常量。
在分配网络地址时,要分以下两种情况:如果网络中新加入的节点n是一个精简功能设备,即该设备不具备路由能力,它将搜索网络协调器并与其建立关联,之后作为网络协调器的第n个子节点。该节点的父节点P根据其网络深度,按照以下等式给它分配网络地址:

反之,如果新加入的节点是具有路由功能的全功能设备,则父节点P按以下等式为其分配网络地址:
上述n必须满足:。另外,函数的定义如下:

如果的值为0,则表明此节点为叶节