ZigBee网络地址分配机制及路由失效自修复研究

ZigBee网络地址分配机制及路由失效自修复研究

李清平;刘清华;傅幼萍

【摘要】探讨了ZigBee网络中用于路由发现和数据传输的网络地址以逻辑树方式进行分配的机制,以基于Cluster-Tree和AODVjr算法的路由选择策略阐述了ZigBee网络规模与节点转发率及平均延时的关系,并通过OPNET平台仿真某路由节点失效后ZigBee网络的自修复功能,评估了其对网络性能产生的影响.最后通过分析节点自我修复能力、各节点应用层数据传输的影响以及点对点的延时情况,验证了ZigBee网络良好的鲁棒性和收敛性.%The mechanism of allocating network address used in routing discovery and data trans-mission in the ZigBee network by means of logical tree is https://www.doczj.com/doc/2819347317.html,work address allocation algorithm show s that 16-bit short addresses of terminal equipment having the same parent node are all continuous.Routing strategy based on Cluster-Tree and AODVjr algorithm indicates that with the expansion of ZigBee network,the node forwarding rate is on the decline,the average de-lay reduce gradually.Through the OPNET platform,self-healing function of ZigBee network is emulated after a routing node failure,and its influence on network performance is evaluated. The good astringency and strong robustness of ZigBee network have been tested and verified by analyzing the self-healing capacity of failed nodes,the influence on data transmission in the appli-cation layer of each node and point-to-point delay.

【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(032)003

【总页数】6页(P38-42,47)

【关键词】ZigBee网络;网络地址;分配机制;路由失效;自修复能力

【作者】李清平;刘清华;傅幼萍

【作者单位】浙江育英职业技术学院信息技术分院,浙江杭州310018;浙江育英职

业技术学院信息技术分院,浙江杭州310018;杭州万向职业技术学院经济贸易系,浙

江杭州310023

【正文语种】中文

【中图分类】TP393.02

基于IEEE802.15.4标准的ZigBee是一种低功耗、近距离的WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)通讯技术，具有短时延、低复杂度、自组织、低功耗、免执照频段等特点 [1-4].作为一种新兴的无线通信技术，ZigBee得到了

越来越广泛的关注和应用.由于ZigBee联盟直到2005年6月才推出技术规范[5]，因此对于IEEE802.15.4和ZigBee的研究仍处于活跃阶段，目前主要存在以下几

方面的问题：(1)ZigBee的核心技术之一是动态组网，即网络中的每个节点相隔一定时间，需要以无线信号交流的方式重新组网，这就涉及到网络地址的分配机制问题;(2)由于ZigBee网络中部署了大量微型无线传感器，节点分布密集，每一个网

络节点除了自身作为信息采集点和执行来自中心的命令外，还承担着来自网络的数据中转任务.当由于能量耗尽、传感器损坏、环境变化等因素导致节点失效后，ZigBee网络能否有效修复路由路径、确保数据传输，也是技术瓶颈之一.

此外，ZigBee网络节点能耗问题、数据传输时延问题以及传输距离问题，均为当前ZigBee技术实际应用亟待解决和完善之处[6-8].

1 ZigBee设备类型及网络地址分配机制

1.1 ZigBee网络设备类型

ZigBee网络的基本单元是节点，按功能可分为全功能设备(Full Function Device，FFD)和简化功能设备(Reduced Function Device，RFD).FFD可用作网络协调器，连接协调器或另一个通信设备，还能发现其它FFD和RFD并建立通信联系.RFD

按最少RAM和ROM资源设计成简单的收/发节点，能搜索现有网络，必要时传

输数据，向协调器请求数据，多数时间处于休眠状态以节省电池能耗[9].

(1)协调器(Coordinator)：启动和配置网络的设备，具有最高权限，负责网络正常工作以及保持与网络中其它设备的通信并负责网络ID的分配.一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee 协调器.

(2)路由器(Router)：一种支持关联的设备，能够实现其它节点消息的转发功能，

同时还具有为其它子节点分配网络ID的功能，这就意味着路由器和终端设备可以不依赖协调器而自行构成一个ZigBee网络.

(3)终端设备(EndDevice)：具体执行数据采集和传输的设备，不能转发其它节点消息.

1.2 ZigBee网络地址分配机制

ZigBee网络中的所有节点都有两个地址：64位的IEEE地址(MAC地址)和16位

的网络地址.64位的MAC地址是全球唯一地址，由IEEE组织来分配和维护.16位网络地址是节点加入网络时动态分配的，用于设备识别和数据传输，仅在网络内部使用，采用逻辑树层次机制进行分配 [9-10].

网络地址是节点加入网络时由其父节点动态分配的，彼此形成父子关系，所有的节点共同组成树状逻辑关系，逻辑树中的每一个节点都拥有两个参数：网络地址A

和网络深度d，网络深度表示仅仅采用父子关系的网络中，一个数据分组发送到ZigBee协调器所传递的最小跳数[10-11].

Coordinator是整个ZigBee网络的根节点，当Coordinator建立一个新网络时，它将给自己分配网络地址A0=0，网络深度d0=0.如果节点i加入网络，并且与节点k连接，那么父节点k将根据自身的网络地址AK和网络深度dk，为子节点i

分配网络地址Ai和网络深度di=dk+1，网络地址Ai的算法为[10-11]：

(1)如果加入的是没有路由功能的RFD节点，则：Ai=AK+Cskip(di)×Rm+i，

1≤i≤Cm-Rm.

(2)如果加入的是具有路由功能的FFD节点，则：Ai=AK+1+Cskip(di)×(i-1)，

1≤i≤Rm.式中

Cskip(d)=

(1)

式(1)中：Cskip(d)表示不同深度下父节点拥有的地址数；Cm表示父节点可以拥有的最大子节点数；Lm表示网络最大深度；Rm表示父节点可以拥有的最大子路由节点数.

以图1为例说明网络地址的分配算法.协调器Coordinator节点的Cskip(d)=31，所以Coordinator关联的第1个路由器节点Router1分配地址1，第2个路由器节点Router2分配地址1+31=32，第3个路由器节点Router3分配地址

32+31=63，第4个路由器节点Router4分配地址63+31=94，各个子路由器节点的地址以此类推.由于终端节点的父节点Coordinator的Rm=4，所以第1个终端节点EndDevice1的地址为0+31*4+1=125，第2个终端节点EndDevice2的地址为0+31*4+2=126，可见网络中所有同一父节点的终端设备的16位短地址

都是连续的.

图1 ZigBee网络地址分配算法示意图Fig.1 Diagram of address allocation algorithm of ZigBee network

2 ZigBee网络路由算法及路由选择

路由协议是自组网体系结构的核心部分，ZigBee协议采用Cluster-Tree和AODVjr作为自身的路由算法，主要是发现和维护路由，选择路由并转发数据，监控网络拓扑结构变化等，以达到成本低、功耗低、可靠性高的设计目标[11-12].

2.1 ZigBee网络路由算法

1)Cluster-Tree路由算法

Cluster-Tree算法按树型结构分层遍历，节点根据目的网络地址计算下一跳.假设网络地址为A，网络深度为d的路由节点收到目的地址位为D的数据分组，则根据

A

(2)

判断是否为自己的子节点.

如果是自己的子节点，则转发给子节点N.N由公式(3)确定,即

(3)

如果不是自己的子节点，则转发给其父节点.

2)AODVjr路由算法

AODVjr(AODV Junior)算法是一种按需分配的路由协议，是对AODV(Ad-Hoc On Demand Distance Vector)算法的一种简化改进.首先源节点以广播的方式发送RREQ(Router Request，路由请求分组)，具有路由功能的节点收到消息后，建立反向路由，转发RREQ分组，并将源节点到此节点的路由开销添加到路由搜索表和RREQ中，直到目的节点收到此RREQ.目的节点选择开销最少的反向路由，

将RREP(Router Replies，路由回复分组)返回源节点，同时所有接收到此RREP

分组的节点都将更新自己的邻居表，最终建立各个节点的路由表.

2.2 ZigBee网络路由策略

按有无路由功能，ZigBee网络节点可分为有路由功能的RN+节点(Coordinator

设备、Router设备)和无路由功能的RN-节点(EndDevice设备).RN+节点有足够

的存储空间和路由选择能力，执行AODVjr路由算法；RN-节点存储空间受限，

不具备路由选择能力，收到分组后只能采用Cluster-Tree算法处理[12-14].不同

规模下结合两种算法的ZigBee网络节点转发率和平均延时分别如图2和图3所示. 图2 不同网络规模的节点转发率Fig.2 Forwarding rate of nodes of different network scale

图3 不同网络规模的平均延时Fig.3 The average delay of different network scale

图2和图3显示，随着网络规模的扩大，ZigBee网络转发节点数占节点总数的比例整体上呈现不断下降趋势，平均延时逐渐减少，其原因在于随着网络规模的扩展，同一区域内的节点密度也随之增加，使得网络节点的转发率不断减小，平均延时因数据传输距离缩短，转发效率提升而降低.

3 基于OPNET平台的ZigBee网络路由失效自修复仿真

通过OPNET平台，仿真ZigBee网络的某个路由器节点失效后，其关联的子节点如何重新找到路由路径，从而体现ZigBee网络在无需人工干预情况下的自组织功能，并分析和评估由此对整个网络产生的影响.

3.1 OPNET仿真平台简介

OPNET是一个能够准确分析复杂网络性能和行为的仿真平台，提供Process(进程)、Node(节点)和Network(网络)三层建模机制，三层模型完全对应实际的协议、设备和网络层次，用户通过OPNET平台能完整而深入了解网络的相关特征.采用

离散事件驱动模拟机理和混合建模机制，把基于包的分析方法和基于统计的数学建模方法结合起来，在提高仿真效率的同时，可得到详细的模拟结果[15-16].

3.2 场景设置及拓扑结构

设置一个2 000m×1 750m的ZigBee网络仿真场景，网络中包含一个ZigBee协调器Coordinator、一个ZigBee固定路由器Fixed_Router，一个ZigBee可移动路由器Mobile_Router和两个ZigBee终端节点EndDevice1、EndDevice2.终端节点EndDevice1、EndDevice2都无法直接与协调器Coordinator进行通信，必须通过各自关联的父节点路由器转发数据，EndDevice1通过Fixed_Router路由器接收转发Coordinator传送的数据分组，EndDevice2通过Mobile_Route 路由器接收转发Coordinator传送的数据分组，如图4所示的粗实线展示部分.当Mobile_Route路由器沿着设定的白色细实线轨迹移动到ZigBee网络信号覆盖范围之外时，模拟该节点“失效”后EndDevice2的路由重发现和数据分组新的转发路径如图4虚线展示部分.

图4 ZigBee网络路由失效前后数据分组转发路径拓扑图Fig.4 Topological graph of data packet forwarding path before and after the routing failure of ZigBee network

3.3 仿真参数设置

设置ZigBee仿真场景中所有节点的PAN ID为1，信号传输频段为2 450MHz，发射功率为3mW，接收灵敏度为-85dBm.

dBm是无线网络发射功率的绝对值，其计算公式为：10lg(p/1mW)

式中,p是以mW为单位的功率值.

场景中，仿真节点发射功率为3mW，求得p=10lg3=4.77dBm ；因此，发射功率减去接收灵敏度的差值为4.77-(-85)=89.77dB.

自由空间路径损耗公式为

FSPL=32.45+20lgd(C)+20lgf

(4)

式(4)中：FSPL(Free Space Path-Loss)单位为dB；d(C)为视距传播距离，单位km；f为频率，单位MHz.

已知f=2 450MHz，FSPL=89.77dB，由式(4)可得d(C)=0.299 80km=299.8m. 从部署的仿真场景可知Coordinator的坐标(1 871，1 263)，EndDevice1的坐

标(673，970)，EndDevice2的坐标(640，1 422)，由此可以计算EndDevice1、EndDevice2分别与Coordinator之间的直线距离D(E1-C)=1 233.31m、D(E2-C)=1 241.23m，两者的值都大于视距传播距离d(C)，说明两个终端节点接收的数据分组都无法通过协调器直接发送，且D(E1-C)和D(E2-C)两者之间的直线距离

D(E1- E2)=453.2m，也大于视距传播距离d(C)，说明彼此之间的信号区域不会覆盖重叠[16-18].因此终端节点EndDevice1、EndDevice2必须通过各自的父节点

进行数据转发，这为模拟其中某一父节点失效后重新建立路由并转发数据的实验提供了可行性.

3.4 仿真结果分析

图5显示，Mobile_Route路由器沿着设定的轨迹移动，大约在12min后离开ZigBee网络，节点的路由功能“失效”.

图5 Mobile_Route节点路由功能变化情况Fig.5 The variation of routing function of Mobile_Route node

图6显示，开始阶段所有节点启动发送和接收工作，数据分组转发速率明显加大，几分钟之后趋于平稳，然后Mobile_Route路由器开始移动至约12min后离开ZigBee网络而路由功能“失效”，EndDevice2节点的接收速率因此而产生抖动

现象，在与Mobile_Route路由器失联后，其数据接收中断，但在较短时间内重

新恢复了与Coordinator协调器之间的通信，验证了网络设备较强的自我修复功

能，同时也显示了ZigBee网络良好的鲁棒性.

图6 EndDevice2节点自我修复情况Fig.6 Self-healing of EndDevice2 node 路由节点“失效”后，网络数据传输的变化如图7所示.由于受影响节点能够在极短的时间内实现自我修复，重新恢复中断的收/发路径，因此从网络节点的接收速率来看，路由节点的“失效”对整个ZigBee网络的数据传输影响较小，显示了ZigBee网络良好的收敛性.

图8为Coordinator节点到EndDevice2节点的延时曲线.开始时节点延时增大，随后因Mobile_Route的移动引发延时曲线振荡加剧，路由“失效”后，数据传输中断，延时曲线陡然下降，但在很短时间内Coordinator就将数据分组通过Fixed_Router传送给EndDevice2节点，此时点对点延时曲线趋向平稳，进一步验证了ZigBee网络的“失效”自修复能力.

图7 ZigBee网络各节点应用层数据分组接收情况Fig.7 Reception of the application layer data packet of each node in the ZigBee network

图8 Coordinator节点到EndDevice2节点的延时情况Fig.8 Time delay from Coordinator node to EndDevice2 node

4 结束语

无线传感器网络WSN涉及嵌入式计算、无线传感器、现代通信、分布式信息处理等交叉学科，为当前无线组网技术的重点研究领域.自组网能力强、自恢复能力强的无线自组网技术标准ZigBee发展迅速，已在部分智能传感器场景中得到应用，智慧城市的建设和发展将进一步推动ZigBee产品的推广应用和不断更新. ZigBee网络存在的问题主要体现在地址分配机制、节点能耗、数据传输时延、传输距离以及路由失效自修复等方面.逻辑树分配机制说明ZigBee网络中同一父节点的终端设备的16位短地址都是连续的，结合Cluster-Tree和AODVjr路由算法的RN+节点和RN-节点路由选择策略，使得网络转发节点数占节点总数的比例

随网络规模的扩大呈下降趋势，平均延时逐渐减少，通过设置OPNET平台的仿真场景和拓扑结构，分析了路由失效对数据传输、点对点延时等性能产生的影响，通过路由收敛性验证了ZigBee网络的自我修复能力和网络的鲁棒性.

【相关文献】

[1]AKYILDIZ I F, SU W, SANKARASUBRAMANIAM Y, et al. A survey on sensor networks[J]. IEEE Communications Magazine, 2002,40(8):102-114.

[2]IEEE Std.15.4:Wireless Medium Access Control(MAC) and PhysicalLayer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal AreaNetworks[S]. NewYork: IEEE, 2003. [3]RACHANA B S,RAJESH https://www.doczj.com/doc/2819347317.html,prehensive survey on effect of mobility over routing issues in wireless multimedia sensor networks[J].International Journal of Pervasive Computing and Communications, 2016,12(4):447-465.

[4]MANJEET S,SURENDER K S.A comprehensive review of fuzzy-based clustering techniques in wireless sensor networks[J].Sensor Review,2017,37(3):289-304.

[5] 郭昌飞.基于ZigBee的无线传感器组网技术研究与应用[D].北京:北京信息科技大学,2012.

[6] 潘恒曦,辛旺,范蟠果.ZigBee在无线传感器网络中的应用[J].机械与电子,2010(S1):245-248.

[7] 刘承鹏.无线传感器网络定位算法研究[D].淄博:山东理工大学,2016.

[8] 李冉.基于ZigBee无线传感器网络定位的研究[D].广州:广东工业大学,2016.

[9] 杨春华.基于ZigBee技术的无线网络协调器的研究[D].成都:西南石油大学,2011.

[10] 李明.IEEE802.15.4MAC协议中能耗与时延均衡研究[D].广州:暨南大学,2010.

[11] 王月平,耿晓菊,刘春涛，等.IEEE802.15.4MAC协议低功耗研究[J].计算机技术与发

展,2009,19(12):139-142,165.

[12] 练云翔.无线传感器网络路由算法与能耗模型研究与仿真[D].兰州:兰州交通大学,2016.

[13] 周登龙,陈硕.ZigBee网络中不同路由性能的研究与仿真[J]无线互联科技,2012(9):69-71.

[14] 穆嘉松,刘开华,史伟光.ZigBee网络中基于节点移动性的路由选择策略[J].天津大学学

报,2012,45(4):301-308.

[15] 李清平.基于进程核心的网络仿真建模及统计分析[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2012,34(6):681-683.

[16] 陈敏.OPNET网络仿真[M].北京:清华大学出版社,2004.

[17] 范燕,俞洋,李永义,等.基于ZigBee 无线传感器网络的远程监控系统[J].实验室研究与探

索,2016,35(1):80-84.

[18] 王一棋,何丽莉,胡成全,等.基于ZigBee和Internet的无线智能家居网关系统[J].吉林大学学报(理学版),2015,53(2):302-306.

ZigBee技术网络层的路由算法分析(1).

ZigBee技术网络层的路由算法分析(1) 摘要基于IEEE802.15.4标准的 ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究 ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC 层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。

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ZigBee网络设置基础实验

一、实验目的 1、学习和掌握IAR软件的安装。 2、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中的应用。 二、实验设备 （1）硬件设备 ● PC机一台； ● CC2530-DEBUG仿真器一台； ● ZigBee通信模块（插接在传感器模块的ZigBee通信模块）； ● ZigBee协调器（插接在嵌入式网关或PC机上的ZigBee通信模块）。 （2）软件工具 ● IAR Embedded Workbench Evaluation for 8051 8.10版； ● PL2303-USB转串口驱动程序； ●串口调试软件4.5。 三、实验原理及关键知识点 3.1 ZigBee网络设备 ZigBee网络有三种逻辑设备类型，即协调器(Coordinator)、路由器(Router)和终端设备 (End-device)。一般情况下一个ZigBee网络由一个协调器节点、若干个路由器节点和若干个终端节点组成（星形网络拓扑结构除外）。 （1）协调器（Coordinator） 协调器的作用是创建和维护ZigBee网络，也是形成网络的第一个设备。ZigBee网络中的协调器与路由器和终端的硬件电路并无区别，只是其软件设置有所不同。 协调器的设置内容包含网络拓扑结构、信道和网络标识（即网络号PAN ID），也可使用默认值而省略设置，然后开始启动这个网络（各个节点上电即为启动）。一旦启动网络，在与协调器的有效通信距离范围内且设置为相同网络标识和信道的路由器和终端就会自动加入这个网路。 注意:协调器的主要作用是建立和设置网络。网络一旦建立完成，该协调器的作用就与路由器节点相同，甚可以退出着这个网络（仅限于树形和网形网络）。 （2）路由器（Router） 路由器是在网络中起支持关联设备的作用，实现其它节点的消息转发功能。ZigBee的树形网络和网形网络可有多个ZigBee路由器，ZigBee的星形网络不支持路由器。 路由器功能如下：

ZigBee网络随机地址分配机制研究

ZigBee网络随机地址分配机制研究 摘要：ZigBee网络的随机地址分配机制采用随机算法为节点分配地址，其具有逻辑复杂度低、实现方便、无需参数等优点，但同时会造成较大的通讯开销和时间消耗，且未能对重复地址做出有效清理。对此，本文提出新型随机地址分配算法，能有效地控制通信开销和时间消耗，且能对重复地址信息进行清理。最后在NS2软件上进行模拟仿真，测试数据证明了新提出的算法的有效性和可行性。 关键词：ZigBee；随机地址分配；地址冲突；NS2 1引言 ZigBee技术是在IEEE802.15.4无线通信协议标准上建立的近距离无线组网通信技术[1][2]，具有近距离、自组织、低功耗、低复杂度等特点[3]，主要用于近距离低速率电子设备之间的数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据传输需求的场景[4]，包括汽车工业、家庭自动化、遥控遥测、定位系统等领域[5]。 ZigBee技术的地址分配有两种机制，分别是分布式地址分配机制（Distributed Address Assignment Mechanism，简称DAAM）和随机地址分配机制（Stochastic Address Assignment Mechanism，简称SAAM）。DAAM强调“地址——位置”的对应关系，更确切地说是“子节点地址——父节点地址”的对应关系，该对应关系是树状路由的基础。而SAAM采用逻辑上更简单的随机方式分配地址，该机制对应的是网状路由。 现有的随机地址分配算法（简称SAAM算法）虽能完成节点的入网地址分配工作，但时间消耗和通信开销较大，对于采用电池供电的ZigBee设备来讲，显然是技术弊端。因此，本文在深入研究SSAM算法的基础上，提出新型的基于邻居确认的随机地址分配算法（Stochastic Address Assignment Mechanism based on the Confirm of the Neighbors，简称SAAMCN），以降低时间和通信开销，同时对重复地址做出有效清理。

ZigBee技术网络层的路由算法分析

ZigBee技术网络层的路由算法分析 ZigBee技术是一种低功耗、低数据速率、短距离无线通信标准，其拥有小型化、低成本的优点，被广泛用于物联网、智能家居、工业控制等领域。在ZigBee技术中，网络层的路由算 法是至关重要的一部分，因为它能够确保数据包正确的传输。 在ZigBee技术中，常用的路由算法主要有基于距离向量的算法、基于链路状态的算法和基于源路由的算法。其中，基于距离向量的算法是ZigBee网络中最广泛应用的算法之一，主要 是利用每个节点的距离向量信息计算出最佳的路径。这种算法的优点是实现简单、易于部署、对网络的稳定性有好处。但是，由于节点仅能获得其邻居节点的信息，使得该算法无法得到全局网络状态信息，容易产生路由环路问题，限制了它的应用范围。 基于链路状态的路由算法解决了距离向量算法中存在的路由环路问题，具有更好的路由总体性能。该算法的主要思想是每个节点通过收集相邻节点的链路状态信息，构建出整个网络的拓扑结构，根据链路质量和信号强度等信息为每个节点计算出最佳的路由路径。但是，该算法需要广泛的网络信息和大量的网络带宽，因此实现和部署成本较高，对节点能耗的影响也较大。 基于源路由的算法可以有效地避免路由环路问题和冗余流量，因为整个路径都是在源节点中计算的，而不是在网络中的中间节点上计算。源节点负责为每个数据包计算出到目标节点的完整路径，并将该路径信息附加到数据包的首部。该算法的优点是具有不可逆性和确定性等特点，可以提高网络的稳定性和性

能，同时也更加灵活。但是，实现该算法需要高速处理器和大规模的存储器，因此成本比较高。 总的来说，不同的路由算法具有适用于不同ZigBee网络环境的优缺点。在实际应用中，需要根据具体的应用场景和网络规模选择适合的路由算法，以达到最佳的路由效果。

ZigBee网络Cluster-Tree优化路由算法研究

ZigBee网络Cluster－Tree优化路由算法研究 引言无线通信和嵌入式微传感器技术的快速发展促进了无线传感器网络的崛起。ZigBee协议基于IEEE 802．15．4无线标准制定，包括应用层、网络层、安全层等，实现了网络的自组织和自维护的功能。在无线传感器网络中，节点的能量是有限的，如果节点在最后因为自身的能量消耗殆尽而死亡，将会对整个网络的传输性能造成很大影响。因此，在实际应用中，根据不同的网络情况来选择最符合应用需求的路由协议，让路由协议根据网络拓扑选择合适的路径，平均分布节点的传输能量，降低网络的功耗是网络层必须要考虑的任务。1 ZigBee 路由算法研究依据设备的能力，ZigBee网络中的设备可以分为全功能设备(Full Function Device，FFD)和半功能设备(Reduced Function Device，RFD)。FFD能转发其他设备的数据帧，RFD则不能。当FFD加入一个网络时，它可以作为协调器。协调器会周期性地广播数据帧，周围的RFD能够发现并加入网络，形成一个星型拓扑网络。在星型拓扑中，协调器负责控制整个网络，所有终端设备都直接与协调器通信，并且由它维护。ZigBee网络层还支持树型和网状网络。树型网络采用分级路由的策略在网络中传送数据和控制信息，而网状网络则可以进行点对点的通信。在树型网络中，根节点(协调器节点)和所有的内部节点(路由器节点)是FFD，而RFD只能作为叶子节点(终端节点)。当协调器或路由器加入网络时，它必须被分配唯一的网络地址。1．1 网络地址分配ZigBee协议规范使用一个分布式地址方案分配网络地址，它设计为给每个潜在父节点提供一个有限的网络地址子块。当一个设备成功加入网络后，其父节点给该节点自动分配一个唯一的网络地址。1．2 ZigBee路由算法网络层支持Cluster-Tree、AODVjr和Cluster-Tree+AODVjr算法(以下简称C+A算法)等多种路由算法，因此ZigBee网络的路由协议兼具树型网络和网状网络的特性。1．2．1 Cluster-Tree算法树路由机制是根据网络地址和节点间的父子关系来实现路由的。如果目的地址设备不是该路由器的子孙，则直接将数据帧转发给该路由器的父节点，其父节点将按照同样的步骤进行路由。1．2．2 AODVjr算法AODVjr是对AODV算法的一种简化改进，当源节点要寻找到达目的节点的路径时，先向其邻居节点组播RREQ分组。收到该分组的邻居节点若具备路由能力，则建立指向源节点的反向路由回复，同时继续向自己的邻居节点组播该RREQ分组。若不具备路由能力，则通过Cluster-Tree路由算法将该分组交由其子孙节点或父节点进行转发。当目的节点接收到此RREQ分组后，通过单播的方式向源节点回复RREP分组，同时，所有接收到此RREP分组的节点都将更新记录自己的邻居表，路由建立成功。实验证明，AODVjr算法在保持了AODV原始功能的基础上，控制开销比AODV算法更小，因此更节能。1．2．3 Cluster-Tree+AODVjr算法在此算法中，网络中的节点被分成了4类：Coordinator、RN+、RN-和RFD。其中RN+具有足够的存储空间和能力来进行AODVjr协议；而RN-则因存储空间受限，不能够进行AODVjr协议。Coordinator、RN+、RN-都具有路由功能，在通信时，如果目的节点不是邻居节点，RN+将会启动AODVjr，主动查找到达目地节点的最佳路径；RN-节点只能通过树路由算法来寻找下一跳的节点。仿真证明，采用Cluster-Tree和AODVjr相结合的路由协议在保证分组递交率的情况下，具有比单独使用其中一种路由协议更低的控制开销和平均时延。2 优化ZigBee路由算法2．1 ZigBee路由算法问题Cluster-Tree算法必须按照簇树型结构地址分配方式来寻址，路由效率低，并且源节点到目的节点的传输路径由于跳数过多，会影响网络时延。AODVjr算法在路由发现过程中，会产生分组大量泛洪问题。例如，当目的节点是源节点的子节点时，若采用AODVjr向邻居节点发送RREQ分组，则向其父节点以上的节点发送RREQ分组是多余的；若目的节点不是源节点的子节点，则采用AODVjr向其子节点方向发送RREQ分组是多余的。假设网络的最大深度是1，则数据帧可能被转发的最长路径是21，因此当跳数大于21时，就应停止对RREQ分组的继续广播，将其丢弃；假设从源节点到目的节点的最小跳数为M，当RREQ分组被转发的次数大于M时，再继续转发是多余的。

ZigBee

1.ZigBee简介 1.1.概述 zigbee协议栈结构由一些层构成，每个层都有一套特定的服务方法和上一层连接，称为协议。数据实体(data entity)提供数据的传输服务，而管理实体(management entity)提供所有的服务类型。每个层的服务实体通过服务接入点(service access point SAP)和上一层相接，每个SAP提供大量服务方法来完成相应的操作。zigbee协议栈基于标准的OSI七层模型，但只是在相关范围来定义一些相应层来完成特定的任务。IEEE802.15.4-2003标准定义了下面的两个层：物理层(PHY层)和媒介层(MAC层)。zigbee联盟在此基础上建立了网络层(NWK层)以及应用层(APL层)的框架(framework)。APL层又包括应用支持子层(application support sub-layer APS)，zigbee的设备对象(zigbee device object ZDO)以及制造商定义的应用对象。 1.2.缩略语和简称 AIB 应用支持层的信息库 AF 应用框架 APDU 应用支持子层协议数据单元 APL 应用层

APS 应用支持子层 APSDE 应用支持子层数据实体 APSDE-SAP 应用支持子层数据实体-服务接入点 APSME 应用支持子层管理实体 APSME-SAP 应用支持子层管理实体-服务接入点 ASDU APS服务数据单元 MAC 媒体访问控制 MCPS-SAP 媒体访问控制公用部分子层-服务接入点 MLME-SAP 媒体访问控制子层管理实体-服务接入点 MSG 信息服务类型 NHLE 上层实体 NIB 网络层信息库 NWK 网络 OSI 开放式系统互连 PAN 个人区域网络 PDU 协议数据单元 PHY 物理层 QOS 服务质量 RREP 路由应答 RREQ 路由请求 SAP 服务接入点 ZB ZigBee ZDO ZigBee设备对象 1.3.ZDO ZigBee设备对象(ZDO)描述了一个基本的功能函数类，在应用对象、设备profile和APS之间提供了一个接口。ZDO位于应用框架和应用支持子层之间，它满足zigBee协议栈所有应用操作的一般要求。ZDO还有以下作用： (1)初始化应用支持子层(APS)、网络层(NWK)和安全服务文档(SSS)； (2)从终端应用中集合配置信息来确定和执行发现、安全管理、网络管理、以及绑定管理。 ZDO描述了应用框架层的应用对象的公用接口，控制设备和应用对象的网络功能。在终端节点0，ZDO提供了与协议栈中下一层相接的接口。 1.4.AF ZigBee应用层框架是应用设备和ZigBee设备连接的环境。在应用层框架中，应用对象发送和接收数据通过APSDE．SAP，而对应用对象的控制和管理则通过ZDO公用接口来实现。APSDE．SAP提供的数据服务包括请求、确认、响应以及数据传输的指示信息。有240个不同的应用对象能够被定义，每个终端节点的接口标识从l到240，还有两个附加的终端节点为了APSDE．SAP的使用。标识0被用于ZDO的数据接口，255则用于所有应用对象的广播数据接口，而241．254予以保留。使用APSDE-SAP提供的服务，应用层框架提供了应用对象的两种数据服务类型：主值对服务(Key Value Pair service，KVP)和通用信息服务

ZigBee网络技术研究综述

ZigBee网络技术研究综述 本文对ZigBee网络技术进行了全面的研究综述。介绍了ZigBee网络技术的定义、应用范围及其优势。分析了ZigBee网络技术目前的发展趋势。本文的综述将有助于读者深入了解ZigBee网络技术的现状、优缺点和发展方向。 ZigBee是一种基于IEEE 4标准的低速无线个人区域网络（LR-WPAN）技术。它具有低功耗、低成本、低速率和近距离的特点，主要应用于智能家居、工业自动化和环境监测等领域。ZigBee网络技术以其独特的优势，正在改变我们的生活方式和生产模式。 （1）低功耗：ZigBee设备通常使用电池供电，其功耗较低，可实现长时间的工作寿命。 （2）低成本：ZigBee设备的制造成本较低，有利于大规模应用。（3）低速率：ZigBee设备的传输速率较低，适合于低数据率的应用场景。 （4）近距离：ZigBee设备的通信距离较短，一般不超过100米，适合于局部区域内的通信。

ZigBee网络技术的优点主要包括：低功耗、低成本、低速率和近距离等特点，这些特点使得ZigBee技术在智能家居、工业自动化和环境监测等领域具有广泛的应用前景。但是，ZigBee网络技术也存在一些缺点，如传输速率较慢、通信距离较短等，这些缺点限制了其应用范围。 ZigBee网络技术的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面：（1）智能家居：ZigBee网络技术可以用于实现智能家居设备的互联互通，提高家居生活的便利性和舒适度。 （2）工业自动化：ZigBee网络技术可以应用于工业自动化领域，实现设备的远程监控和自动化控制。 （3）环境监测：ZigBee网络技术可以用于环境监测领域，实现大气、水质等环境因素的实时监测。 （4）智能交通：ZigBee网络技术可以应用于智能交通领域，实现车辆的智能调度和管理。 本文对ZigBee网络技术的研究表明，该技术在低功耗、低成本、低速率和近距离等方面具有独特优势，应用范围广泛。然而，ZigBee 网络技术在传输速率和通信距离等方面仍存在局限性。未来研究应如

ZigBee无线传感器网络的研究与实验

ZigBee无线传感器网络的研究与实验 引言 有人将ZigBee翻译成「紫蜂」，为无线个人局域网络(Wireless Personal Area Networks, WPAN)的标准之一，已于 2005年6月27日公布。除了逻辑链路控制(Logic Link Control, LLC)层、媒介存取控制层（MAC），与物理层使用2003 年10月公布的IEEE 802.15.4标准外，ZigBee标准协议制定了应用层与网络层，及MAC、应用层与网络层的安全加密服务标准。 以传感器和自组织网络为代表的无线应用并不需要较高的传输带宽，但却需要较低的传输延时和极低的功率消耗，使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列。目前迫切需要一种符合传感器和低端的、面向控制的、应用简单的专用标准，而Zigbee的出现正好解决了这一问题。Zigbee有着高通信效率、低复杂度、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点。这些优点使得Zigbee和无线传感器网络完美地结合在一起。目前，基于Zigbee技术的无线传感器网络的研究和开发已得到越来越多的关注。 １Zigbee协议术语 配置文件(profile)：Zigbee协议的配置文件是对逻辑组件及其相关接口的描述，是面向某个应用类别的公约、准则．通常没有程序代码与配置文件相关联． 属性（attribute）：设备之间通信的每一种数据像开关的状态或温度计值等皆可称为属性．每个属性可得到唯一的ID 值． 簇（cluster）：多个属性的汇集形成了簇，每个簇也拥有一个唯一的ID。虽然个体之间传输的通常是属性信息，但所谓的逻辑组件的接口指的却是簇一级的操作，而非属性一级． 终端（endpoint）：每个支持一个或多个簇的代码功能块称为终端。不同的设备通过它们的终端及所支持的簇来进行通信。 配置文件定义了属性ID与簇ID，使之看起来就像设备的某种特性．以家庭智能控制系统为例，灯配置文件设定了远程控制设备的簇OnOffDRC含有一种属性ＯnOff，且该属性为无符号８位值，值０ＸＦＦ意味着＂开＂，０Ｘ００为关，０ＸＦ０则为无效。通常，配置文件也为设备定义了，哪些簇是强制托管的，哪些簇是可选择的。另外，配置文件还定义了一些可选择的Ｚigbee协议托管服务． 基于簇及配置所定义的服务，用户可使用配置文件中定义的属性编写所需的函数．改写自己的程序代码．因此，配置文件使得ZigBee 设备可以互操作。任何遵循某一标准配置文件的节点都可以与其他实现相同配置文件的节点进行互操作。也就是说，在使用同一标准配置文件进行设计的基础上，即使生产开关的厂家与生产控制器的厂家不同，他们生产的产品仍可实现协同操作． 以家庭智能系统中的灯光控制为例，灯配置文件定义了６个设备，协议栈通过带有以下信息的报头文件对此配置提供支持：配置（profile）ID,设备ＩＤ及版本，簇ＩＤ，属性ＩＤ，属性数据类型．

基于CC2530的ZigBee组网研究与实现-毕业论文

基于CC2530的ZigBee组网研究与实现 学院：专业：姓名：指导老师： 计算机学院 计算机科学与技术3班 冯子哲学号： 职称： 160201102960 张华敏副教授 中国·珠海 二○二零年五月

诚信承诺书 本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《基于CC2530的ZigBee 组网研究与实现》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名： 日期：年月日

基于CC2530的ZigBee组网研究与实现 摘要 Zigbee是一种应用范围最广的双向无线通信技术之一，不仅有近距离、低复杂度的特点，还有着低功耗、低成本的优势。传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输选择使用这门技术也是因为他的特点和优势。之前被称为HomeRFLite、RF-EasyLink或FireFly的无线电技术，现在都统一称为Zigbee技术；Zigbee与别的无线技术不同，就比如WiFi，虽然传输速率没有WiFi高，但功耗相比极低，可以用电池供电；Wifi一般覆盖一定范围，Zigbee则组成无线传感器网络，能够应用于多种领域，比如特别贴切生活的智能家居领域，报警系统；一片区域的环境监测等，不过在最早期的时候大量应用于军事领域，未来前景还有很大发展空间；所选的芯片型号为CC2530-F256，该系列使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核，是CC243X的升级版，性能上更稳定。 关键词：CC2530芯片；ZigBee技术；Zstack协议栈；IEEE802.15.4；

Research and implementation of ZigBee networking based on CC2530 Abstract Zigbee is one of the most widely used two-way wireless communication technologies, which not only has the characteristics of short distance and low complexity, but also has the advantages of low power consumption and low cost.Data transmission between various electronic devices with low transmission rate is also chosen to use this technology because of its characteristics and advantages.Previously known as HomeRFLite, rf-easylink or FireFly, now known as Zigbee technology;Zigbee is different from other wireless technologies, such as WiFi. Although the transmission rate is not as high as WiFi, the power consumption is very low, and it can be powered by batteries.Generally, Wifi covers a certain range, while Zigbee forms a wireless sensor network, which can be applied to a variety of fields, such as smart home and alarm system, which is especially suitable for life.An area of environmental monitoring, but in the early days of a large number of military applications, there is still a lot of room for future development;The selected chip model is cc2530-f256. The 8051CPU kernel used in this series is a single-cycle 8051 compatible kernel, which is an upgraded version of CC243X and more stable in performance. Keywords: CC2530 chips；ZigBee technology；Zstack protocol stack；IEEE802.15.4；

zigbee解决方案

zigbee解决方案 Zigbee 解决方案 引言 Zigbee 是一种无线通信协议，它使用低功耗无线网络技术，专门用于物联网（IoT） 应用。Zigbee 技术在物联网设备之间建立起自组织和自动化的网络，具有低功耗、低 成本和可靠性高的特点。本文将介绍 Zigbee 解决方案的基本原理、应用场景以及优势。 基本原理 Zigbee 是一种基于 IEEE 802.15.4 标准的协议，其工作频率为2.4GHz。Zigbee 网络 由一个协调器（Coordinator）和多个设备（Device）组成。协调器负责管理整个网络，而设备可以是传感器、执行器或路由器。 Zigbee 网络采用星形拓扑结构，每个设备通过与协调器直接通信或通过其他设备中继 数据。此外，Zigbee 还支持多跳路由，允许数据在长距离传输过程中通过其他设备进 行中继，提高网络的覆盖范围。 Zigbee 使用的是低功耗通信方式，设备可以处于休眠状态，只有在需要发送或接收数 据时才会唤醒。这种特性使得 Zigbee 在电池供电设备中非常受欢迎，例如智能家居中的传感器和智能电表。 应用场景 Zigbee 技术的应用场景非常广泛，包括智能家居、工业自动化、健康监测等领域。

智能家居 Zigbee 可以让各种智能家居设备实现无线通信和互联互通，提供更方便、智能化的家 居体验。通过 Zigbee 技术，用户可以通过手机或其他控制设备远程控制灯光、空调、窗帘等设备。 此外，Zigbee 还支持家庭安全系统，例如烟雾探测器、门窗传感器等，提供更安全的 家居环境。 工业自动化 Zigbee 技术在工业自动化领域也有重要应用。通过 Zigbee 网络，工厂可以实现设备 的远程监测和控制，提高生产效率和安全性。工业设备可以通过 Zigbee 网络进行数据传输，减少布线和维护成本。 此外，Zigbee 还可以用于无线传感器网络（WSN），用于监测环境参数如温度、湿度、压力等，助力工业自动化领域的节能和环保。 健康监测 Zigbee 可以应用于健康监测设备，如智能手环、健康记录仪等。通过 Zigbee 技术， 这些设备可以实时收集用户的健康数据，并与手机或云平台进行通信，提供更全面的 健康管理和预警功能。 优势 Zigbee 技术相比其他无线通信技术具有以下优势： - **低功耗:** Zigbee 设备的设计目标是长时间低功耗运行，适用于电池供电设备。

基于Zigbee的无线自组网和Web服务器研究与实现

基于Zigbee的无线自组网和Web服务器研究与实现 基于Zigbee的无线自组网和Web服务器研究与实现 一、引言 无线通信的发展使得人们能够更加便捷地进行信息交流和数据传输。在智能家居、物联网等领域，无线自组网技术广泛应用。Zigbee作为一种低功耗、低速率、低数据量的无线通信技术，被广泛应用于物联网中的传感器网络。 二、Zigbee无线自组网的基本原理与特点 Zigbee无线自组网是一种分散式、自治式的网络结构，它采 用节点之间协同工作的方式，实现了多个设备间的数据传输和通信。Zigbee网络中包含一个或多个协调器（coordinator） 和若干个终端设备（end device），协调器负责网络管理，而终端设备用于数据采集和传输。Zigbee网络能在各种环境中 建立稳定的无线通信链路，并且具有能耗低、安全性高、成本低等特点。 三、Web服务器在Zigbee无线自组网中的作用 Web服务器是指一种基于HTTP协议的服务器，通过互联网提 供网页访问的服务。在Zigbee无线自组网中，Web服务器起 着重要的作用。它能够实现对Zigbee节点的远程控制、管理 和数据监测等功能。通过Web服务器，用户可以方便地远程控制智能家居设备、实现对传感器的实时监测和数据采集。 四、基于Zigbee的无线自组网和Web服务器的设计与实 现 1.网络拓扑设计 在Zigbee无线自组网中，网络拓扑结构的设计直接影响到网 络的性能和可靠性。根据实际需求，可以选择星型、网状、混

合等不同的网络拓扑结构。通过合理的拓扑设计，可以实现节点之间的高效通信和数据传输。 2.网络组网与节点配置 在网络组网与节点配置过程中，需要分配不同的网络地址、设备类型和功能。协调器负责网络的组建和管理，终端设备完成网络加入动作，并根据实际需求进行配置。 3.Web服务器搭建与管理 搭建Web服务器需要选择适合的服务器软件，并进行相应的设置与配置。通过设计合理的Web页面，可以实现对Zigbee节 点的远程控制和监测。同时，还需要进行服务器的管理和运维，保证服务器的稳定性和可靠性。 4.数据传输与通信 在Zigbee无线自组网中，数据的传输与通信是一项重要任务。通过Zigbee协议栈，实现数据的采集、传输和处理。在Web 服务器和节点之间建立线程，实现数据的传输与通信。 五、实验与结果分析 通过搭建基于Zigbee的无线自组网和Web服务器，我们进行 了一系列实验。实验结果表明，该系统能够实现对Zigbee节 点的远程控制和监测。通过Web页面，用户可以方便地控制智能家居设备的开关，实时监测传感器的数据。同时，实验结果还表明，该系统具有较低的能耗、高的安全性和可靠性。 六、总结与展望 本文通过研究Zigbee无线自组网和Web服务器的设计与实现，实现了对Zigbee节点的远程控制和监测。该系统具有较低的 能耗、高的安全性和可靠性等优点，在智能家居、物联网等领域具有广泛的应用前景。未来，我们将进一步改进系统设计，

ZigBee无线通信技术及其应用研究

ZigBee无线通信技术及其应用研究 ZigBee是一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术，它被广泛应用于家庭自动化、工业控制、医疗保健、公共安全等领域。本文将重点介绍ZigBee的特点、架构、通信协议以及应用领域。 一、ZigBee的特点 1.低功耗：ZigBee的通信模式采用睡眠与唤醒相结合的方式，可以在睡眠状态下实现极低的功耗，一般可以达到数年的电池寿命。 2.低速率：ZigBee的最高通信速率只有250kbps，这虽然限制了其传输数据的速率，但同时也降低了其功耗和成本。 3.短距离：ZigBee的理论通信距离为10-100米，但实际应用中取决于环境和信号传播的质量。 4.多节点：ZigBee支持多节点的通信，可以实现数百个节点的无线网络。 5.安全性：ZigBee采用AES-128加密算法和128位的安全密钥，保证了通信的安全性。 ZigBee的架构分为三层：应用层、网络层和物理层。其中应用层定义了节点之间的通信协议，网络层协调节点之间的通信，物理层实现了数据的传输。 1.应用层：ZigBee应用层定义了各种设备之间的应用。它包括全球统一的应用框架、应用对象层以及特定应用领域的特殊应用。 2.网络层：ZigBee网络层主要协调节点之间的通信，负责网络拓扑的构建、路由选择以及安全等。 3.物理层：ZigBee物理层实现了数据的传输。它定义了数据传输的方式、传输速率、功率控制等重要参数。 ZigBee的通信协议包括MAC协议和应用层协议。 1.MAC协议：ZigBee采用了一种时间分配算法，让节点在不同的时间片上进行通信，避免了节点之间的互相干扰。同时，还采用了碰撞检测机制，可以防止信号冲突和丢失。 2.应用层协议：ZigBee应用层协议定义了各种设备之间的通信协议，包括网络配置、数据的传输、网络路由等。其中，ZigBee簇的概念是最重要的，每个设备属于一个或多个簇，通过簇ID进行通信。同时，ZigBee还定义了多种服务和接口，可以方便应用的开发和集成。

ZigBee网络中的路由问题

ZigBee网络中的路由问题 摘要：Zigbee协议是Zigbee联盟在IEEE802.4.15基础上提出的无线网 络通信协议，相比较于蓝牙技术具有组网简单，功耗低等特点，主要应用于消费电子，工业、家庭自动化，农业自动化，个人电脑和医疗护理等，有着广阔的市场应用前景。目前国内仍处于研究初步阶段，本文对Zigbee网络中的路由问题加以整 理以供国内同行参考，主要包括路由算法，路由发现和路由修复。 关键字：Zigbee 路由路由发现路有修复 Abstract： The ZigBee Alliance is developing a new wireless communications standard on the basis of IEEE 802.4.15. It’s more simple, lower power consumption than Bluetooth .The ZigBee standard will be widely used in consumer electronics, home and building automation, agriculture automation, PC peripherals and medical sensor applications. It’s a new technology in china, and this passage will give you a general description about some Routing questions in Zigbee net. Key words：Zigbee Routing Route Discovery Route Repair 1 概述 随着无线通信和网络技术的不断发展，ZigBee联盟在2004年推出了面向低 成本设备无线联网要求的ZigBee技术，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低 数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网。 ZigBee网络基本组成如图1所示。每个ZigBee网络中有协调器（A）、路由 器（B）和终端（C）三种设备。协调器是整个网络的核心设备，负责网络的建立和全部设备的管理，可以允许其他设备加入或离开网络，具有路由、启动路由发现和

ZigBee无线网络技术的自动控制系统研究论文.doc

ZigBee无线网络技术的自动控制系统研究论文随着自动控制系统的开展，其在越来越多的行业中发挥了重要的作用。当前系统中的设备通过电缆来连接，从而形成了很大的限制性，为了拓宽系统控制的范围，在系统中应用了ZigBee无线网络技术，这种技术具备本钱低、易维护、自我修复等优点，可以实现远程自动控制。与现有的自动控制系统有线网络相比，基于ZigBee 无线网络技术的自动控制系统将会具备更加优越的性能，从而提升运行的稳定性及可靠性。 1.1发射模块 传感器在进行信号发送时，发送的为4~20mA的标准电流信号，发射模块接收到信号之后，需要对信号进行转换，变为电磁波无线之后在发射出去，而这就是发射模块的功能。发射模块的硬件具有固定的结构，接收到传感器的信号之后，首先由I/V变换电路对信号进行变换，经过变换之后，标准电流信号由4~20mA变为1~5V，随后，变化之后的信号经过零点迁移电路，成为0~4V电压，再经过A/D转换器以及单片机之后，变成电磁波无线信号，实现与下位机之间的通信。在进行发射模块硬件电路设计时，首先要对使用的元器件进行了解，在自动控制系统中，所使用的微控制器的型号为 P89LPC935，该型号为单片封装，处理器结构的性能非常高，在执行命令时，所需的时间比拟少，同时，此种型号的微控制器中集合了很多系统级的功能，使用之后可以大量的减少元器件的数量，降低系统本钱；射频芯片的型号为CC1100，此种芯片具备可编程的特点，而且与ZigBee协议之间具备较高的一致性，在低功耗无线应用中，适用性非常强；ADS7829是发射模块硬件电路中一个重要的元件，此种型号的元件所具备的采样速率是非常快的；在I/V变换电

ZigBee路由协议分析与优化

ZigBee 路由协议分析与优化 摘要： ZigBee 协议是一种低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，适用于许多物联网应用场景。然而，由于其复杂的路由机制，ZigBee 网络的性能容易受到负载和干扰的影响。为了优化ZigBee 网络的性能，本文针对其路由协议进行了分析，并提出了一系列优化措施，包 括基于负载均衡的路由、基于信号干扰的路由、基于链路质量的路由以 及基于自适应路由的路由。 关键词：ZigBee 协议；路由协议；负载均衡；信号干扰；链路质量；自适应路由。 一、引言 ZigBee 是一种基于IEEE 802.15.4 标准的低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，广泛应用于智能家居、智能医疗、智 能交通等物联网应用领域。ZigBee 网络通常由若干个传感器节点、一个集中器以及若干个路由器组成，节点之间通过无线信道进行通信，集中 器负责维护网络拓扑，路由器则负责中转节点之间的数据包。由于ZigBee 网络的拓扑结构往往非常复杂，节点密度较大，因此对其路由协议进行优化显得尤为重要。 二、ZigBee 路由协议分析 ZigBee 路由协议主要包括基于源路由的路由协议和基于分散路由的路由协议。在基于源路由的路由协议中，数据包的路由路径由源节点指定，中间节点只充当转发器的角色；在基于分散路由的路由协议中，数据包的路由路径由中间节点根据网络拓扑信息决定。 从ZigBee 路由协议的工作原理来看，它往往容易受到负载和干扰的影响，造成网络性能下降。同时，ZigBee 协议的路由机制较为复杂，会导致路由器计算和存储负担增加，从而使路由器的能耗增加。

zigbee路由原理

zigbee路由原理 ZigBee2004和ZigBee2007 均有对树型路由的支持. ZigBee2004采用分布式地址分配策略;ZigBee2007地址分配策略可选,如果选用随机地址分配策略,就不支持树型路由. 当采用分布式地址分配策略时,网络层有一套算法来支持数型路由. 分布式地址分配策略的树型路由原理来原于地址分配算法原理. 当节点发送数据时,如果节点为终端节点,则数据直接发给终端节点的父节点,当接点为ROUTER点时,通过比较目标地址和CSKIP 可以知道是要向上传(传给父节点)还是向下传,传给某一个子节点.COORDINATOR只需要决定传给哪一个子节点. 判断某一个节点是不是自己的下游节点算法是: 如果目标地址比该地址大,切目地址小于该节点上一级CSKIP与该节点地址的和, C语言实现代码为: PRIVATE bool_t IsMyDescendant( uint16 parentaddr, uint16 childaddr,uint8 parentdepth ) { if (parentdepth == 0) return TRUE; else { if ((parentaddr < childaddr) && (childaddr < (parentaddr + get_Cskip( parentdepth-1 )))) return TRUE; else return FALSE; } } 树型路由实现算法C语言代码为: PRIVATE bool_t JTreeRouting(uint16 dstaddr, uint16 *dstnexthop)