ZigBee网络中Cluster—Tree路由算法优化

泛 关 注… １ 、
关键 词 ： 无线 传感 器 网络 ｚｉＢｅ 路 由协 议 ｇ ｅ 中图 分类 号 ： Ｎ９ ９ Ｔ ２ 文献标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： ０ ７９ １ （０ ２０ — １ ２０ ｌ ０ —４ ６ ２ １ ） ４０ １ —２
１ ｉＢ ｅ的相 关概 念 、Ｚ ｇ ｅ
算法分析
］ｌ应 。苎 ｆ竺 用 与
Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ网络 中 ｌｓｅ ・—ｒ ｅ 由算法优化 Ｃ ｕ ｔｒ— Ｔ ｅ － － － 路
彭 设 强 王 为
（ 国防信 息 学 院 湖北 武 汉 ４０ １） ３０ ０
摘要： 随着 无线 通信 、 成 电路 和计 算机技 术的 不断 发展 ， 集 出现 了无 线传 感 器 网－ Ｗｉ ｌ ｓＳｎｏ ｔ ｏｋ Ｗ Ｓ 通信 技术 。 线传 感 器 ￣（ ｒ ｅ ｅ ｓｒ ｅｓ Ｎｅｗ ｒ ， Ｎ） 无 网络 是 一种 无 中心 的 全分 布 系统 。 过 随机 投放 的方 式 ， 多传 感 器 节点 被部 署 于指 定 的 区域 中； 通 众 他们 通 过 无线 信道 相 连 ， 自组织 构 成 网络 系 统。 由于其 组 网 高效 灵 活 ， 易于使 用等特 性 。 年 来 无线 传 感 器 网络 在 民用和 军 用等 诸 多领 域取 得 了显 著的 成就 ， 近 引起 了相 关学 者和 专 家 的广
１１ｚ ｇ ｅ 技 术 的 定 义 ． ｉＢ ｅ 收 并且采用了休眠模式 群 蜜 蜂 通 过 ￣ Ｚｇ ａ 形 较短 、 发信息功率低 ， ｉＢ ｅ 一 ｉＺ ｇ 个 年 状的舞蹈交换各种信息 ， 来告 知 同伴发现食物的距离 、 方向和具体 长达 ６ 月 Ｎ ２ 左 右 的 使 用 时 间 。
用 的Ａ Ｅ ２￣密算法 。 Ｓ －１８ Ｈ （） 能 性 。 ｉＢ ｅ 备 为 低 功 耗 设 备 ， 络 节 点设 备 工 作 周 期 ５节 Ｚｇ ｅ设 网
位置等信息 。 了形象的记忆 ， 为 国内有人甚至将其称之为“ 紫蜂 ” 技 ２ 、Ｚ ｇ ｅ 路 由算 法 ｉＢ ｅ 术ｌ。 ｉＢ ｅ ２Ｚ ｇ ｅ技术是一 种新型近距离 、 Ｊ 低复 杂度 、 低功耗 、 低数据速 ２１ ｉＢｅ 网络树 路 由算 法 ．Ｚｇ ｅ 率 、 成 本 的无 线 网 络技 术 ， 一 种 基 于 Ｉ Ｅ ８２ １ ．无 线 通 信 标 低 是 Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ 树 路 是一 种 基 于 网 络地 址 分 配 机 制 的路 由算 法 ， 不 需要 存 储 它 准 ； 于 无 线标 记 技 术 和 蓝 牙 技 术 之 间 的技 术 提 案 ； 要 应 用 于 短 介 主 路 由表 ， 个 设 备 都 给后 裔 结 点 预 留 一 定 的地 址 空间 。 每 因此 ， 乎 任 几 距离无线通信 。 何 一 个低 资 源 的 设备 都可 以加 入 ｆ Ｚｇ ｅ网 络 ， 是其 路 由路 径 未 ￣ ｉＢ ｅ ｌ 但
１ ｉｂ ｅ 议 栈 ．Ｚｇｅ 协 ２
按 照ＩＯ的ＯＳ模型 完整的Ｚｇ ｅ协议 栈分 为四层 ， Ｓ Ｉ ｉＢ ｅ 自上而 下 ２２地 址 分 配机 制 ． 分别为 由应用层 （ Ｌ 、 ＡＰ ） 网络层 （ ＮＷＫ）数据链路层 （ 、 ＭＡＣ）物理 、 Ｚｇ ｅ网络 中的每一 节点都有两个地址段 ： ｉＢｅ 网络短地 址段 和扩 层 （ ＨＬ ， 一 层 都 实 现 一 部 分 通 信 功 能 ， 向它 的上 层 提 供 相 应 Ｐ ）每 并 展 地 址 段 。 中 １ ｂｔ 络 短 地 址 仅 仅 用 于 网络 中 的数 据 传 输 和 路 其 ６ｉ 网 服 务 。 下 面 的 两 层 物 理 层 和 ＭＡＣ 最 层使 用ＩＥ ８ ２ １ ．； ｉＢ ｅ Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ Ｚｇ ｅ联 由； 是在节 点加入 网络 时 由其 父节点 动态分 配的 ， 似于我 们在 类 盟制定 了网络层和应用层 的协议规范 。 Ｉｔ ｎｔ ｎ ｅ ｅ中使 用 的Ｉ地 址 ；４ ｉ 址 类 似 于 计 算 机 的ＭＡＣ 址 ， ｒ Ｐ ６ ｂｔ 地 地 唯 １ ｉＢ ｅ 术 的 特 点 ． ｚｇ ｅ 技 ３ 标 识每个节点。 加入 Ｚｇ ｅ网 络 的 节 点 通 过 Ｉ Ｅ ８２ １ ．ＭＡＣ ｉＢ ｅ Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ （） １可靠性 。 可靠性又被称作鲁棒性 。 ｉＢ ｅ 在Ｚｇ ｅ 中影响数据可靠 层 提 供 的 关 联 过程 组 成 一 棵 逻 辑树 ， 网 络 中 的节 点 允 许 一 个 新节 当 传输的因素主要有两个 ： 一是无线通信 的误码率较高 ； 二是多个设 点加入 网络时， 它们之间就形成 了父 子关 系， 每个进入网络的节点 备 共 享 信道 产 生 的冲 突 。ｉＢ ｅ 取 了 载 波检 测 多 路 访 问冲 突避 免 Ｚｇ ｅ采 会得 到 父节 点 为 其 分 配 的一 个 唯 一 的 网 络地 址 ＿ 协 调 节 点 在 建 立 ３ 】 。 机制（ Ｓ Ｃ ＭＡ— Ａ） Ｃ 很好 的解 决 了共 享 信 道 时 的 冲 突 问题 。 于 无 线 对 网络 以后 使 用 的 位 的 １进 制 数 作 为 自 己的 网络 地 址 ， 由节 点 和 ６ ６ 路 通信本身误码率 问题 ，ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ采用了两条措施 ： 一是在ＭＡＣ 中采 层 终端节点加入 网络 后 ， 用父设备 给他分配 的１ 位的短地址 来通 使 ６ 用Ｃ 校验机制 ； ＲＣ 二是使用较短 的帧格 式 ， 来减小单个帧出错的概 信。 规定 这 些 子 节 点 中最 多 可 以有 Ｒ ｍ个 路 由节 点 ， 个 父节 点 最 多 每 率。 因此从根本上保证 了数据传输 的最大可靠性 。 可 以连 接 Ｃ ｍ个 子节 点 ， 络 的 最 大 深 度 为 Ｌ 因 此地 址 为 Ａｐ 度 网 ｍ。 深 （） ２短时延性 。ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ技术 与蓝 牙技术的时延对 比可知 ， ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ 为ｄ 父节 点 。 果 新 加 入 的 节 点 是 一 个 ＲＦ 并且 该 节 点 是 其 父 的 如 Ｄ， 节 点 休 眠 和 工 作 状 态 转 换 只 需 １ｍｓ入 网约 ３ ｍｓ ５ ， ０ 。 节 点 的 第 ｎ ＲＦ 节 点 ， 配 的 网 络地 址 可 通 过 式 （） 出 ： 个 Ｄ 分 １得 （ ） 作 频 段 灵 活 。 ｉ Ｂｅ 可 以使 用 的 频 段 主 要 有 ２． ＧＨｚ ３工 Ｚｇ ｅ ４ 、 Ａ ＝Ａ ＋ （） Ｒ １ ｎ ｐ ｃ ｍ＋ Ｒ ｍ （） １ ８ ８ Ｈｚ ６Ｍ 以及 ９ ５ １ＭＨｚ而 且 这 些 频 段 均 为免 执 照 频 段 。 ， 如 果 新 加 入 的 节 点 是 一 个 Ｆ Ｄ， Ｆ 并且 该 节 点 是 其 父节 点 的 第ｎ （） 性 。 ｉＢ ｅ 供 了数 据 完整 性 检 查 和 鉴 权 功 能 ， 用 通 ４安全 Ｚｇ ｅ提 采 个Ｆ Ｄ 点 ， 父 节 点 为 该 节 点分 配 的 网络 地 址 ： Ｆ 节 则