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以zigbee规范构建一个大规模的无线传感网络
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(完整内容请下载后查看)2013 年第 1 期
(总第 123 期)
信息通信
2013
INFORMATION & COMMUNICATIONS
(Sum. No 123)
以zigbee 规范构建一个大规模的无线传感网络
李舸帆
(内蒙古大学电子信息工程学院,内蒙古呼和浩特
)
010021
摘要:在对zigbee 的安全规范、应用层协议、网络层、媒体控制访问层和物理层进行简单分析的基础上,对于zigbee 技术
的无线传感器网络的组建流程、分配地址模式及体系结构进行初步探讨,最终提出具体的实现“以zigbee 技术为基础的
现代家居智能化无线传感网络”的计划。
关键词:zigbee 技术;无线传感网络;构件流程
中图分类号:TN925
文献标识码:A
文章编号:1673-1131(2013)01-0152-01
以自组织为形成方式,由分散的微型传感器所构成的特殊
网络即为无线传感网络,它能够对数据进行应用传输、融合处
理以及景化采集,比之于有线传感网络,其特点是具有较高的
可靠性、较强的灵活性、较小的功耗以及较低的成本。由于在
技术要求方面,传统网络与传感器网络的差异较为明显,为了
在监测工业和控制家庭时,能够使用成本更低、功耗更小的无
线传感网络,zigbee 技术以其功耗低、距离短的特点应运而生。
作为一种无线局域网,zigbee网络是没有基础构架的,此类
架构对于网络内部的设备数量是毫无限制的,同时可确保无线
通信链路能够随时建立起来。组建网络分为如下四个主要阶段:
2.3.1 准备初始化阶段
通电后,通过对空闲信道的扫描,协调器开始对网络进行
建立,包含在扫描过程中,以当前频带的首个信道作为起始,
建网帧开始由协调器进行发送。若在相同信道内含有其他协
调器,则它会对建网帧进行响应,原有协调器便默认该信道已
被占用,继续切换至下以信道同时对上述过程进行重复,直至
没有其他协调器对其进行响应的信道位置。
1 zigbee 技术
作为一种双向的无线通信技术,zigbee 技术的特点是成本
低、数据速率低、功耗低、复杂度低以及距离近等,是一组以
IEEE802.15.4 无线标准为基础,开发出的有关应用、安全和组
网方面的技术,对于远程控制和自动控制领域非常适合。其
工作的主要领域为:无须注册的医药、科学和工业频段。Zigbee
协议栈建立的基础,是标准的开放互连系统模型,将和预定功
能相关的层进行定义。最底的两层由IEEE802.15.4 标准进行
了定义:媒体控制访问层和物理层。以此为基础,zigbee 联盟
对于应用层和网络层的框架进行了定义,当中应用层框架涵
盖了制造商定义的应用对象、zigbee 设备对象以及应用支持子
层,同时标注化了编程应用接口和网络层协议。因为协议的
非独立性,因为zigbee 为安全层提供了一套软件和安全类,以
确保真实、一致和机密的MAC 层帧,并且zigbee 联盟对于兼
容性测试和互操作性的规范也给予了最终制定。
2.3.2 网络配置过程
完成初始化协调器之后,开始对网络请求进行监听,对于
终端节点的入网请求随时进行响应。若有信号请求入网,则
立即发出BEACON 信号对于该请求予以响应,之后对该请求
信号地址进行侦听。同时将分配地址信号进行发送给唯一的
节点地址,并等到确认接收。当节点地址发回确认接收信号
后,便对其邻接地址表进行更新。
2.3.3 入网过程
当出现想要加入网络的终端设备时,第一步需发出 BEA-
CON_REQ 帧,以便对协调器是否存在进行检测。当确认协调器
在某一信道上存在时,立刻将入网请求发出,在得到协调器回复
信号后,便将ADDRESS_REQ信号发给协调器,之后等待对AD-
DRESS_SSIGN 信号的接收。在将分配地址进行接收后,自身地
址由节点进行记录,并将ADDRESS_ACK 信号反馈给协调器。
2.3.4 离网过程
2 构建zigbee 无线传感网络
2.1 设备功能和分类
想要离开网络时,终端设备先向协调器发出请求离网信
号,之后状态进入等待回复中;当离网信号传至协调器时,协调
器将与此节点相关的绑定表和Neighbour table 进行删除,将确
认信号返回到子节点,待发至终端设备后,离网过程即告完成。
物理设备中,有两类是能够被zigbee 网络予以支持的,即:
RFD 和FFD。
RFD:拓扑星型结构是其唯一支持的,无法作为网络协调
器,不过其简单的内部电路使其节能和实现的效果非常显著。
FFD:对于所有的拓扑结构都能够支持,能够作为网络协
调器,可以实现与所有设备进行通信。
3 结语
作为时近兴起的无线网络技术,zigbee 对于低速率、低功
耗和低成本无线通信市场的空缺作了有效的弥补,其应用前
景十分广阔。通过详细讨论组建zigbee 无线传感网络的流程,
分析了以zigbee 技术为基础,设计及开发无线传感网络系统
的方案。经过实践表明,以zigbee 技术为基础而组建的无线
传感网络具有很高的稳定性和可靠性,作为智能家居的实现
方式十分理想。
2.2 分配地址模式
全部的zigbee 设备都将得到一个64bit 的IEEE 地址,该
设备地址是全球唯一的,必须经过zigbee 联盟的分配和许可。
在子网里,将以个16bit 的地址进行单独分配,用以充当网内
的通信地址,以便能够对数据报的大小进行减小。有两种地
址模式:(1)星型拓扑:设备标识+网络号;(2)点对点拓扑:直
接致用目的地址/电源。用此模式分配地址,能够使单个的zig-
bee网络协调器所支持的设备超过64000 个,同时更大规模的
网络可以经由互连多个协调器进而实现,网络的规模在逻辑
上取决于该应用对数据重传和丢失的容纳限度、节点设备的
通信频率以及所选择的频段。
参考文献:
[ ]
1 李建中,李金宝,石胜飞.传感网络及其数据管理的概念、
[ ]
问题与进展 J .软件学报,2003
[ ]
[ ]
2 胡建栋. 现代无线通信技术 M . 北京:机械工业出版社,
2003:80-100
2.3 组建zigbee 网络流程
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全部评论(1)
2019-09-18 12:26:28suxindg
谢谢分享