zigbee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的研究與實(shí)現(xiàn)

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1、萬方數(shù)據(jù)ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的研究與實(shí)現(xiàn)朱向慶，王建明(1．北京師范大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院，北京100875；2．嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程系，廣東梅州I514015)摘要：在深入研究ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層工作機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出其網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)方案，并在硬件平臺(tái)上構(gòu)建了國內(nèi)外都具有領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢的ZigBee無線個(gè)域網(wǎng)。關(guān)鍵詞：IEEE802．15．4協(xié)議ZigBee協(xié)議無線個(gè)域網(wǎng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線技術(shù)逐漸取代有線技1．2ZigBee協(xié)議棧術(shù)，僅支持靜態(tài)固定拓?fù)涞臒o線網(wǎng)絡(luò)也逐漸被支持動(dòng)態(tài)完整的Zigbee協(xié)議棧由物理層、介質(zhì)訪問控制層、變化拓?fù)涞臒o線網(wǎng)絡(luò)所取代。在短距離的無線控制、監(jiān)網(wǎng)絡(luò)層、安

2、全層和高層應(yīng)用規(guī)范組成[2-31。測、數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，通用的技術(shù)有IEEE802．11、藍(lán)牙、如圖1所示，ZigBee協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)HomeRF等。它們有各自的優(yōu)勢，但仍然存在功耗大、組用程序接口等由ZigBee聯(lián)盟制定。其中安全層(Security)網(wǎng)能力差等劣勢。為了彌補(bǔ)上述協(xié)議的不足，ZigBee聯(lián)主要實(shí)現(xiàn)密鑰管理、存取等功能；應(yīng)用程序接口負(fù)責(zé)向盟于2004年12月中旬推出基于IEEE802．15．4的Zig．用戶提供簡單的應(yīng)用軟件接口(API)，包括應(yīng)用子層支Bee協(xié)議棧。持APS(ApplicationSub-laygerSupport)、ZigBee設(shè)備對象Zi

3、gBee短距離低速無線個(gè)域網(wǎng)LR—WPAN(LowZDO(ZigBeeDeviceObject)等，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層對設(shè)備的管理。Rate—WirelessPersonalAreaNetwork)不僅具有低成本、低功耗、低速率、低復(fù)雜度的特點(diǎn)，而且具有可靠性高、組網(wǎng)簡單、靈活的優(yōu)勢。本文將介紹ZigBee協(xié)議棧并提出網(wǎng)絡(luò)層的具體實(shí)現(xiàn)方案。1ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)在介紹IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析ZigBee協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)及其工作機(jī)制。1．1IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)于2003年5月制定完成，它滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(

4、ISO)開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，主要包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。IEEE802．15．4協(xié)議與其他無線網(wǎng)絡(luò)相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是：組網(wǎng)能力強(qiáng)，適應(yīng)面廣，可靠性高，節(jié)能性好?。圖1ZigBee協(xié)議?！“S“S“S芭·S芭·S已．sE·SE·SE·S毫·SE·SE·S—·S琶·S毫·Sh昱hSE·S巴·ShShShS“ShS“S邑·S已心“ShS“S已心“SE·S“SE·Sh毫￡·S芒．SE．ShS藝·ShShS巴·ShShS“S芒(接上頁)設(shè)計(jì)要求。由于仿真時(shí)邊界條件處于理想情況，天線的性能也較理想，而實(shí)際工程中由于加工的誤差和測量的誤差，副瓣會(huì)抬高。與其他形式的全向天線相比，該天線

5、具有諸多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高增益、寬頻帶與全向性的特點(diǎn)，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1鐘順時(shí)．微帶天線理論與應(yīng)用[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，19912[加]I．J．鮑爾，P．布哈蒂亞著，梁聯(lián)倬，寇廷耀譯．微帶天線[M】．北京：電子工業(yè)出版社，1984《電子技術(shù)應(yīng)用》2006年第1期3徐琰，張立東．矩形微帶串饋線陣的設(shè)計(jì)和仿真[J]．制導(dǎo)與引信，2003；24(4)：37～414牛傳峰，耿京朝，毛貴海．單片微帶全向天線的分析與設(shè)計(jì)[J]．無線電通信技術(shù)，2003；29(5)：59～605Hill．R．ATwinLineOmni—directionalAerialConfigur

6、a-tion．8mEurop．MicrowaveConf．．Sep．1978：307～3116DERNERYD，AndersG．LinearlyPolarizedMicrostripAn-tennas．IEEETrans．AntennasPropagat．，Vol，AP一24，November1976：846～851(收稿日期：2005—06—22)本刊郵箱：eta@ncse．com．ca129遵匿邈萬方數(shù)據(jù)素，簡化了AODV的一些特點(diǎn)，但仍保持AODV的原始功能。表1是兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)比較。表1Cluster—Tree和AODVjr的優(yōu)缺點(diǎn)比較Cluster-TreeAODVjr優(yōu)

7、點(diǎn)I簡單，無初始延遲l路徑最佳，自適應(yīng)缺點(diǎn)l路由非最佳需要路由表Cluster—Tree+AODVjr路由算法匯聚了Cluster—Tree和AODvjr的優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)被分成四種類型：Coordinator、RN+、RN一、RFD(RN：RoutingNode，路由節(jié)點(diǎn)；RFD：ReducedFunctionDevice)。其中Coordinator的路由算法與RN+相同，Coordinator、RN+和RN一都是全功能節(jié)點(diǎn)(FFD：FullFu