zigbee網(wǎng)絡(luò)建立過程簡介

1、星形網(wǎng)絡(luò)和樹型網(wǎng)絡(luò)可以看成是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一個特殊子集， 所以接下來分析如何組建一個 Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 組建一個完整的 Zigbee網(wǎng)絡(luò)分為兩步：第一步是協(xié)調(diào)器初始化一個網(wǎng)絡(luò)；第二步是路由器或終端加入網(wǎng)絡(luò)。 加入網(wǎng)絡(luò)又有兩種方法，一種是子設(shè)備通過使用 MAC!的連接進(jìn)程加入網(wǎng)絡(luò)，另一種是子設(shè)備通過與一個 先前指定的父設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)。 一、 協(xié)調(diào)器初始化網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)器建立一個新網(wǎng)絡(luò)的流程如圖 1所示。 圖 1協(xié)調(diào)器建立一個新網(wǎng)絡(luò) 1、 檢測協(xié)調(diào)器 建立一個新的網(wǎng)絡(luò)是通過原語 NLME_NETWORK_FORMATION.reqi起的，但發(fā)起 NLME_NETWORK_FORMATION.reqd

2、g誦的節(jié)點(diǎn)必須具備兩個條件，一是這個節(jié)點(diǎn)具有 ZigBee協(xié)調(diào)器 功能，二是這個節(jié)點(diǎn)沒有加入到其它網(wǎng)絡(luò)中。 任何不滿足這兩個條件的節(jié)點(diǎn)發(fā)起建立一個新網(wǎng)絡(luò)的進(jìn) 程都會被網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體終止，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過參數(shù)值為 INVALID_REQUES的 NLME_NETWORK_FORMATION.confrm 語來通知上層這是一個非法請求。 2、 信道掃描 協(xié)調(diào)器發(fā)起建立一個新網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程后， 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將請求 MAC層對信道進(jìn)行掃描。信道掃描包 括能量掃描和主動掃描兩個過程。首先對用戶指定的信道或物理層所有默認(rèn)的信道進(jìn)行一個能量掃描 以排除干擾。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將根據(jù)信道能量測量值對信道進(jìn)行一個

3、遞增排序， 并且拋棄能量值超過 了可允許能量值的信道， 保留可允許能量值內(nèi)的信道等待進(jìn)一步處理。 接著在可允許能量值內(nèi)的信道 執(zhí)行主動掃描，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過審查返回的 PANf苗述符列表，確定一個用于建立新網(wǎng)絡(luò)的信道， 該信道中現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)目是最少的， 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將優(yōu)先選擇沒有網(wǎng)絡(luò)的信道。 如果沒有掃描到一 個合適的信道，進(jìn)程將被終止，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過參數(shù)仟為 STARTUP_FAILURE NLME_NETWORK_FORMATION.confrm語來通知上層初始化啟動網(wǎng)絡(luò)失敗。 3、 配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 如果掃描到一個合適的信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個 PANJ苗述符，該 PA

4、N描述符可以是 由設(shè)備隨機(jī)選擇的， 也可以是在 NLME_NETWORK_FORMATION.reqi指定的，但必須滿足 PANf苗述符 小于或等于 0 x3fff ,不等于 0 xffff ,并且在所選信道內(nèi)是唯一的 PANJ苗述符，沒有任何其它 PAN描述 符與之是重復(fù)的。如果沒有符合條件的 PAN描述符可選擇，進(jìn)程將被終止，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過參數(shù) 值為 STARTUP_FAILURE NLME_NETWORK_FORMATION.confrm語來通知上層初始化啟動網(wǎng)絡(luò)失敗。 確定好PAN描述符后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體為協(xié)調(diào)器選擇 16位網(wǎng)絡(luò)地址 0 x0000 , MAN層的 macPANID

5、# 數(shù)將被設(shè)置為 PAN描述符的值，macShortAddress PIB參數(shù)設(shè)置為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址 。 4、 運(yùn)行新網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置好后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過 MLME_START.request原語通知 MAC啟動并運(yùn)行新網(wǎng)絡(luò)， 啟動狀態(tài)通過 MLME_START.confirm 原語通知網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體再通過 NLME_NETWORK_FORMATION.confBm 通知上層協(xié)調(diào)器初始化的狀態(tài)。 5、 允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò) 只有 ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器才能通過 NLME_PERMIT_JOINING.request原語來設(shè)置節(jié)點(diǎn)處于允許設(shè)備 加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)起這個進(jìn)程時，如果

6、 PermitDuration 參數(shù)值為 0 x00,網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過 MLME_SET.request原語把 MACM的 macAssociationPermit PIB 屬性設(shè)置為 FALSE禁止節(jié)點(diǎn)處于允 許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)；如果 PermitDuration 參數(shù)值介于 0 x01和 0 xfe之間，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通 過 MLME_SET.request原語把 macAssociationPermit PIB屬性設(shè)置為 TRUE并開啟一個定時器，定時 時間為PermitDuration ,在這段時間內(nèi)節(jié)點(diǎn)處于允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，定時時間結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)層管 理實(shí)體把 MACM 的

7、macAssociationPermit PIB 屬性設(shè)置為 FALSE如果 PermitDuration 參數(shù)的值為 0 xff ,網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過 MLME_SET.request原語把 macAssociationPermit PIB 屬性設(shè)置為 TRUE 表示節(jié)點(diǎn)無限期處于允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，除非有另外一個 NLME_PERMIT_JOINING.request原語 被發(fā)出。允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的流程如圖 2所示。 圖 2允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò) 通過以上流程協(xié)調(diào)器就建立了一個網(wǎng)絡(luò)并處于允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài), 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)然后等待其它節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。 一個節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)有兩種方法，一種是通過

8、使用 MAC!關(guān)聯(lián)進(jìn)程加入網(wǎng)絡(luò)，另一種是通過與先前指定 父節(jié)點(diǎn)連接而加入網(wǎng)絡(luò)。 1)通過 MAd關(guān)聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò) 子節(jié)點(diǎn)請求通過 MAC聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程如圖 3所示。父節(jié)點(diǎn)響應(yīng)通過 MAC聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程如圖 2-6 所示。 1、 子節(jié)點(diǎn)發(fā)起信道掃描 子節(jié)點(diǎn)通過 NLME_NETWORK_DISCOVERY.requlSg 發(fā)起加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)層接收到這個原語后 通過發(fā)起 MLME_SCAN.reques驚語請求 MACg執(zhí)行一個主動掃描或被動掃描以接收包含了 PANB志符 的信標(biāo)幀，掃描的信道以及每個信道的掃描時間分別由 NLME_NETWORK_DISCOVERY.requlSg的參 數(shù) Sc

9、anChannels 和 ScanDuration 決定。 2、 子節(jié)點(diǎn)存儲各 PAN言息 MAM通過 MLME_BEACONNOTIFY.indication原語將掃描中接收到的信標(biāo)幀信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí) 體，信標(biāo)幀信息包括信標(biāo)設(shè)備的地址、是否允許連接以及信標(biāo)凈載荷。 如果信標(biāo)凈載荷域里的協(xié)議 ID域與自己的協(xié)議 ID相同，子設(shè)備就將每個匹配的信標(biāo)幀相關(guān)信息保存在鄰居表中 。信道掃描完成 后，MAM通過 MLME_SCAN.confirm 原語通知網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體，網(wǎng)絡(luò)層再通過 NLME_NETWORK_DISCOVERY.confii晡通知上層，該原語包含了每個掃描到的網(wǎng)絡(luò)的描述符，以便

10、上層選擇一個網(wǎng)絡(luò)加入。 3、 子節(jié)點(diǎn)選擇 PAN 如果上層需要發(fā)現(xiàn)更多網(wǎng)絡(luò)，則可以重新執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，如果不需要，則通過 NLME_JOIN.request原 語從被掃描到的網(wǎng)絡(luò)中選擇一個網(wǎng)絡(luò)加入。 參數(shù) PANID設(shè)置為被選擇網(wǎng)絡(luò)的 PAN標(biāo)識符。 4、 子節(jié)點(diǎn)選擇父節(jié)點(diǎn) 一個合適的父節(jié)點(diǎn)需要滿足三個條件：匹配的 PANB志符、鏈路成本最大為 3、允許連接，為了尋找 合適的父節(jié)點(diǎn)，NLME_JOIN.request原語請求網(wǎng)絡(luò)層搜索它的鄰居表， 如果鄰居表中不存在這樣的父 節(jié)點(diǎn)則通知上層，如果存在多個合適的父節(jié)點(diǎn)則選擇具有最小深度的父節(jié)點(diǎn)， 如果存在多個具有最小 深度的合適的父節(jié)點(diǎn)則隨機(jī)選擇一

11、個父節(jié)點(diǎn)。 5、 子節(jié)點(diǎn)請求 MA(C聯(lián) 確定好合適的父節(jié)點(diǎn)后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體發(fā)送一個 MLME_ASSOCIATE.reques 驚語到 MAC,地址參 數(shù)設(shè)置為已選擇的父節(jié)點(diǎn)的地址，嘗試通過父節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。 6、 父節(jié)點(diǎn)響應(yīng) MAC聯(lián) 父節(jié)點(diǎn)通過 MLME_ASSOCIATE.indication 原語通知網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體一個節(jié)點(diǎn)正嘗試加入網(wǎng)絡(luò)， 網(wǎng)絡(luò)層 管理實(shí)體將搜索它的鄰居表查看是否有一個與嘗試加入節(jié)點(diǎn)相匹配的 64位擴(kuò)展地址，以便確定該節(jié) 點(diǎn)是否已經(jīng)存在于它的網(wǎng)絡(luò)中了 。如果有匹配的擴(kuò)展地址，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體獲取相應(yīng)的 16位網(wǎng)絡(luò)地 址并發(fā)送一個連接響應(yīng)到 MACo如果沒有匹配的擴(kuò)展地址

12、，在父節(jié)點(diǎn)的地址分配空間還沒耗盡的條 件下網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將為嘗試加入的節(jié)點(diǎn)分配一個 16位網(wǎng)絡(luò)地址。如果父節(jié)點(diǎn)地址分配空間耗盡， 將拒絕節(jié)點(diǎn)加入請求。當(dāng)同意節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的請求后，父節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將使用加入節(jié)點(diǎn)的信息 在鄰居表中產(chǎn)生一個新的項(xiàng)，并通過 MLME_ASSOCIATE.reques 驚語通知 MAC連接成功。 7、 子節(jié)點(diǎn)響應(yīng)連接成功 如果子節(jié)點(diǎn)接收到父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的連接成功信息， 發(fā)送一個傳輸成功響應(yīng)信息以確認(rèn)接收， 然后子節(jié)點(diǎn) MAM將通過 MLME_ASSOCIATE.confirm 原語通知網(wǎng)絡(luò)層，原語包含了父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)分配的網(wǎng)內(nèi)唯 一的 16位網(wǎng)絡(luò)地址，然后網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體

13、設(shè)置鄰居表相應(yīng)鄰居設(shè)備為它的父設(shè)備 ，并通過 NLME_JOIN.confirm原語通知上層節(jié)點(diǎn)成功加入網(wǎng)絡(luò)。 8、 父節(jié)點(diǎn)響應(yīng)連接成功 Child 圖 3子節(jié)點(diǎn)請求加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程 MLME- ASSOGATE.indGJm 選擇擴(kuò)展地址 和分配建輯地址 ASSOCATErffiponw 父節(jié)點(diǎn)接收到子節(jié)點(diǎn)的傳輸成功響應(yīng)信息后， 將通過 MLME_COMM_STATUS.indicati。源語將傳輸成功 的響應(yīng)狀態(tài)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過 NLME_JOIN.indication 原語通知上層一個節(jié)點(diǎn)已經(jīng) 加入了網(wǎng)絡(luò) NOTIFY ir由 unci 匚 執(zhí)忡主X戒我冏掃M(jìn)LMEWEAC

14、加； NOTIFY 萍任. NUE- rtxjur.i SLME* rtnfirtzi 眥過程 2U-ME- MSOCIATE 二 ocira ND4E ST AJ.T START _ eyes! MIME- ELAJL_ ronfirzo NLME- XXN.indcdicn MLME- COMM-STATUS indication MLME. =.O3.ft ASSOCIATE Parent NWK Rarent API Parent MAC Cnld ChiM AFL 圖 4父節(jié)點(diǎn)響應(yīng)加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程 2）通過與先前指定父節(jié)點(diǎn)連接加入網(wǎng)絡(luò) 子節(jié)點(diǎn)通過與指定的父節(jié)點(diǎn)直接連接加入網(wǎng)絡(luò)， 這個時候

15、父節(jié)點(diǎn)預(yù)先配置了子節(jié)點(diǎn)的 64位擴(kuò)展地址。 父節(jié)點(diǎn)處理一個直接加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程如圖 5所示。子節(jié)點(diǎn)通過孤立方式加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程如圖 6所示。 1、 父節(jié)點(diǎn)處理子設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò) 父節(jié)點(diǎn)通過 NLME_DIRECT_JOIN.request原語開始處理一個設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程。父節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層 管理實(shí)體將首先搜索它的鄰居表查看是否存在一個與子節(jié)點(diǎn)相匹配的 64位擴(kuò)展地址，以便確定該節(jié) 點(diǎn)是否已經(jīng)存在于它的網(wǎng)絡(luò)中了。 如果存在匹配的擴(kuò)展地址，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將終止這個進(jìn)程并告訴 上層該設(shè)備已經(jīng)存在于設(shè)備列表中了。 如果不存在匹配的擴(kuò)展地址， 在父節(jié)點(diǎn)的地址分配空間還沒耗 盡的條件下網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將為子節(jié)點(diǎn)分配一個 16位網(wǎng)絡(luò)地址，并使用子節(jié)點(diǎn)的信息在鄰居表中產(chǎn) 生一個新的項(xiàng)。然后通過 NLME_DIRECT_JOIN.confirm 原語上層設(shè)備已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)。 2、 子節(jié)點(diǎn)連接父節(jié)點(diǎn)確認(rèn)父子關(guān)系 子節(jié)點(diǎn)通過 N