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(gè)特殊子集，所以接下來分析如何組建一個(gè)Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。組建一個(gè)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(gè)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層的連接進(jìn)程加入網(wǎng)絡(luò)，另一種是子設(shè)備通過與一個(gè)先前指定的父設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器初始化網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的流程如圖1所示。IUE-N EIWORK-FOAMMIONMIME-SCAN requestMLWE-SCAW ccndrrmMIME-SCAN requestM triviar.iJlESCAN.co(ifinnM. MT- 7TMM

2、ESET CEniinnMLKt-START requestMLMESTART.zanfirmML 怕二 NETWORK. FOR MATION 代卅 eAPLNWKMAC圖1協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)1、檢測協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)是通過原語發(fā)起的，但發(fā)起原語的節(jié)點(diǎn)必須具備兩個(gè)條件，一是這個(gè)節(jié)點(diǎn)具有ZigBee協(xié)調(diào)器功能，二是這個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有加入到其它網(wǎng)絡(luò)中。任何不滿足這兩個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)發(fā)起建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程都會(huì)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的的原語來通知上層這是一個(gè)非法請(qǐng)求。2、信道掃描協(xié)調(diào)器發(fā)起建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將請(qǐng)求 MAC子層對(duì)

3、信道進(jìn)行掃描。信道掃描包括能量掃描和主動(dòng)掃描兩個(gè)過程 。首先對(duì)用戶指定的信道或物理層 所有默認(rèn)的信道進(jìn)行一個(gè)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(duì)信道進(jìn)行一個(gè)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(dòng)掃描，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通過審查返回的PAN描述符列表，確定一個(gè)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(gè)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_FAILUR的的原語來通知上層初始化啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)失

4、敗。3、配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如果掃描到一個(gè)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(gè)PAN描述符，該P(yáng)AN描述符可以是由設(shè)備隨機(jī)選擇的，也可以是在里指定的，但必須滿足PAN描述符小于或等于0x3fff，不等于Oxffff 并且在所選信道內(nèi)是唯一的PAN描述符，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_FAILUR的的原語來通知上層初始化啟動(dòng)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0x0000，MAC子層的 macPANID參數(shù)將被設(shè)置為 PAN描述符的值，macShortAdd

5、ress 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)體通過原語通知MAC層啟動(dòng)并運(yùn)行新網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)狀態(tài)通過原語通知網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體再通過原語通知上層協(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(gè)進(jìn)程時(shí)，如果PermitDuration 參數(shù)值為0x00，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過原語把MAC層的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 0x01 和 0xfe

6、之間，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過原語把 macAssociationPermitPIB屬性設(shè)置為TRUE并開啟一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為PermitDuration ，在這段時(shí)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(shí)時(shí)間結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體把MAC層的macAssociationPermit PIB 屬性設(shè)置為FALSE如果PermitDuration 參數(shù)的值為0xff，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過原語把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(gè)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

7、立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)并處于允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，然后等待其它節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng) 絡(luò)。二、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)有兩種方法，一種是通過使用MAC層關(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MAC層關(guān)聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求通過MAC關(guān)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關(guān)聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程如圖 4所 示。1、子節(jié)點(diǎn)發(fā)起信道掃描子節(jié)點(diǎn)通過原語發(fā)起加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)層接收到這個(gè)原語后通過發(fā)起原語請(qǐng)求MAC!執(zhí)行一個(gè)主動(dòng)掃描或被動(dòng)掃描以接收包含了PAN標(biāo)志符的信標(biāo)幀，掃描的信道以及每個(gè)信道的掃描時(shí)間分別由原語的參數(shù) ScanChannels 和 ScanDuration 決定

8、。2、子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)各PAN信息MAC層通過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(gè)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，MAC層通過原語通知網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體，網(wǎng)絡(luò)層再通過原語通知上層，該原語包含了每個(gè)掃描到的網(wǎng)絡(luò)的描述符，以便上層選擇一個(gè)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，則通過原語從被掃描到的網(wǎng)絡(luò) 中選擇一個(gè)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(shí)符。4、子節(jié)

9、點(diǎn)選擇父節(jié)點(diǎn)一個(gè)合適的父節(jié)點(diǎn)需要滿足三個(gè)條件：匹配的PAN標(biāo)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)，原語請(qǐng)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(gè)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(gè)具有最小深度的合適的父節(jié)點(diǎn) 則隨機(jī)選擇一個(gè)父節(jié)點(diǎn)。5、子節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求MAC關(guān)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(gè)原語到MAC層，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關(guān)聯(lián)父節(jié)點(diǎn)通過原語通知網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體一個(gè)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(gè)與嘗試加入節(jié)點(diǎn)相匹配的

10、 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(gè)連接響應(yīng)到 MAC 層。如果沒有匹配的擴(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)體將為嘗試 加入的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè) 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(qǐng)求。當(dāng)同意 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)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(gè)新的項(xiàng)， 并通過原語通知MAC層連接成功。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(gè)傳輸成功響應(yīng)信息以確認(rèn)接收，然后子節(jié)點(diǎn)MAC層將通過原語通知網(wǎng)

11、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)體設(shè)置鄰居表相應(yīng)鄰居設(shè)備為它的父設(shè)備，并通過原語通知上層節(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，將通過原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)體通過原語通知上層一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入了網(wǎng)絡(luò)。qtissiNLIVIL-Nbr0kK-Dl9CtJfcR/.rPJILME-HE-AI；OM-Nli IF find cationP.1LME川前MLM&SON.coninnNLME-NETWORK-DISCDERY.confitm送樺合適NLME-JUIM requestMIVlE-X

12、INconfrm認(rèn)證過程羔我過程MMWGSCClATE.confhTnNLVIE-ST/IRT-ROLirER.requBstMLf/lE-ST/l7T.confiiTiN LM -SIAPJ-KCJTER confim圖3子節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程丸設(shè)備APL堪鬼設(shè)備MAC屋MLyE-A.SOCJkTEmdrator刖LME/SSDCIATE.respond .MLMF-c imm -TVF in:canrj ME JOri ndictor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(gè)時(shí)候父節(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)

13、處理一個(gè)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)通過原語開始處理一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)新的項(xiàng)。然后通過原語 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)

14、確認(rèn)父子關(guān)系子節(jié)點(diǎn)通過原語發(fā)起孤立掃描來建立它與父節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。這時(shí)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將通過請(qǐng)求 MACH對(duì)物理層所默認(rèn)的所有信道進(jìn)行孤立掃描，如果掃描到父設(shè)備，MAC層通過原語通知網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體再通過原語通知上層節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入成功，即與父節(jié)點(diǎn)建立了父子關(guān)系，可以互相通信。圖5父節(jié)點(diǎn)處理一個(gè)直接加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程圖6子節(jié)點(diǎn)通過孤立方式加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程設(shè)備的MAC層向上層發(fā)送 原語告知一個(gè)孤立設(shè)備的存在。只有 ZigBee協(xié)調(diào)器或ZigBee路由器才可以接 受原語，其他設(shè)備收到 原語時(shí)NLME將中止該過程。ZigBee協(xié)調(diào)器或ZigBee路由器收到 原語后，首先 判斷孤立設(shè)備是否是它的子設(shè)備。這個(gè)判斷過程是通過比較孤立設(shè)備與近鄰表中子設(shè)備的擴(kuò)展地址來實(shí)現(xiàn)的。如果ZigBee協(xié)