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ZigBee网络的三种拓扑形式及其实际应用

发布时间:2019-06-16 19:20 来源:未知 编辑:admin

  网络结构ZigBee网络有三种拓扑形式:星形、簇树形和网形。消息从一个节点如何路由至另一个节点完全取决于网络拓扑。星形网络有一个中心节点,所有消息都经它传输。簇树形网络有一个顶端节点,下面有枝有叶,消息先上行再下传。网形网络与簇树形相似,但它的某些枝、叶可直接链接。网络的基本单元是节点,单一网络最多可设65535个节点。按功能区分,有简化功能设备(RFD)和...

  ZigBee网络有三种拓扑形式:星形、簇树形和网形。消息从一个节点如何路由至另一个节点完全取决于网络拓扑。星形网络有一个中心节点,所有消息都经它传输。簇树形网络有一个顶端节点,下面有枝有叶,消息先上行再下传。网形网络与簇树形相似,但它的某些枝、叶可直接链接。

  网络的基本单元是节点,单一网络最多可设65535个节点。按功能区分,有简化功能设备(RFD)和全功能设备(FFD)。前者按最少RAM和ROM资源实现的,设计成网络中简单的收/发节点。它能搜索现成网络,必要时传输应用数据,向网络协调器请求数据,多数时间处于休眠状态以节省电池功耗。后者可用作网络协调器,连接协调器或另一个通信设备。它还能发现其它RFD和FFD建立通信联系。

  在具体网络中,逻辑设备类型是ZigBee协调器,ZigBee路由器和ZigBee端点设备。协调器启动网络、管理网络节点、存储网络节点信息。它还能提供路由消息、安全管理和其它服务。路由器与网络中成对节点的消息路由,可让子节点与它连接。终端节点不能传输消息,也不能连接其它子节点,它的主要任务是发送与接收消息。

  ZigBee自形成和自愈网络结构允许数据和控制消息通过多条路径传输,这一特性扩展了网络的范围并提高了数据的可靠性。网络的对等功能可用于构建大型的,地域分散的网络,将小型网络连接在一起形成簇树网络。

  ZigBee网络应用广泛,应用不同,其获得的数据类型也不同,通常可分为3类:

  周期性数据。无线传感器和仪表应用定义的数据。这类数据由信标系统处理的,ZigBee的MAC具有用于时间同步的带信标超帧结构,在规定时间唤醒传感器,检测信标,交换数据,然后再次进入休眠状态。

  间歇性数据。无线照明控制或外部激励应用数据。在无信标或断开连接系统中处理数据,设备仅在需要通信时接入网络。

  重复的低等待时间数据。保安系统中采用时隙分配的应用数据。这些应用使用有保证的时隙(GTS)功能。局域网协调器为每个设备定义了一段专用时间,实现无争用、无等待的数据传输。

  在一个典型的家庭网络环境中,协调器通过开关(终端设备)对照明或家用电器(路由器)进行控制。以简单的照明控制为例,需要3块电路板。电路的核心是单片IEEE802.15.4无线位RISC芯核和标准的2.4GHz收发器功能,还集成了64KBROM和96KBRAM。微控制器是个高集成度器件,内部RAM支持协调器和路由器功能而无需外部SRAM。它还内置集成化硬件MAC和休眠振荡器和节能器件。构成完整的网络节点还需附加的晶振、闪存、去耦元件和印制天线。

  上面已提及,PHY功能和软件MAC集成在无线控制芯片上,而软件MAC和应用层则在外部控制器执行。此外,构建网络应用产品还要提供一套库功能,包括设备驱动器和典型的传感器与控制驱动器。

  本文描述的无线照明控制应用执行ZigBee家庭控制照明(HCL)配置文件。协调器自动地执行协议栈软件,完成各种动作,如允许设备加入到网络、分配地址,将端点捆绑到其它节点,传送数据。这些操作对用户是透明的,以尽可能地简化应用程序。开关传感器扳用作网络终端设备,照明灯传感器板是路由器,其软件搜寻网络、请求加入网络,然后再发送请求将它们捆绑在一起。

  本应用使用简单的捆绑技术,当协调器收到2个终端设备捆绑请求后,立即进行配比,如果配比成功,就将它们加入捆绑表中。配比是在相同的输入和输出聚类表的端点间进行的。一旦一对端点捆绑后,就可以从任意一个节点发送数据。数据包自动地发送至协调器,经查找捆绑表找到目的地后,将数据中继至该地址。

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