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2.4(a)所示.它由一个协调器和多个终端节点构成,协调器作为整个网络的中心,终端节点分布在其的覆盖范围之内.星型网络构造简单,一般用于设备数量较小,物理范围较小的场合.网状网络如图2.4(c)所示,其中的每个节点都可以作为协调器或者是路由器,具有很高的可靠性.而树型网络则集合了星型结构和网状结构的优点,具有较高的可靠性和较低的功耗.

数据传输机制

在无线传感器网络中,传送的基本上都是短消息(Message).信息的格式包括帧头,数据内容,帧尾,数据内容的格式目前有两种,一种是KVP,另外是MSG.

KVP格式

KVP:是ZigBee规范定义的特殊数据传输机制,通过一种规定来标准化数据传输格式和内容,主要用于传输较简单的变量值格式.KVP是通过应用支持层的APSDE_DATArequest原语发送并通过APSDEDATA-indication来接收的.表2.3为通用KVP命令帧格式和MSG事务帧格式.

表2.3通用KVP命令帧格式

Bits:44160/8可变命令类型属性数据类型属性标识符错误代码数据1.命令类型字段

KVP的命令类型字段是由4位二进制组成,标识了命令的类型.该字段应该填入表4中除保留值之外的其他值.如果消息(Messages)是通过协调器非直传的话,命令类型字段只能填Set或Get,即0001或0010.

表2.4命令类型字段值

命令类型字段值(b3b2b1b0)描述0000保留0001Set0010Event0011保留0100带确认的Get0101带确认的Set0110带确认的Event0111保留1000Get反馈1001Set反馈1010Event反馈1011～1111保留

2.属性数据类型字段

属性数据类型字段是由4位二进制组成,标识了在属性数据字段中数据的类型.该字段应该填入表2.5中除保留值之外的其他值.属性数据字段的长度应该从数据类型中推算出来或是在属性数据字段的第一个字节中指定.

表2.5数据类型字段值

数据类型字段值(b3b2b1b0)数据类型数据长度(字节数)0000无数据00001无符号8位整型10010有符号8位整型10011无符号16位整型20100有符号16位整型20101～1010保留-1011半精度21100绝对时间41101相对时间41110字符串在第一个字节中定义1111八进制串在第一个字节中定义

3.属性标识符字段

属性标识符字段是由16位二进制组成,标识了命令要执行的目标设备的属性.该字段的值在相关设备描述中定义.

4.错误代码字段

错误代码字段由8位二进制组成,标识了事务的状态.该字段应该填入表2.6中除保留值之外的其他值.

表2.6错误代码字段值

错误代码描述0x00成功0x01无效终端0x02保留0x03不支持的属性0x04无效命令0x05无效属性数据长度0x06无效属性数据0x07～0x0f保留0x10～0xff应用程序所定义的错误

5.属性数据字段

属性数据字段是变长的,包含在属性标识符字段中所提及的属性的信息.该字段取决于特定的命令,属性的数据类型和设备的描述.如果该字段的长度没有直接在属性数据类型中定义,那么整个命令帧的长度不能大于maxCommandSize的大小,除非发送方和接受方都支持分段传输.

MSG格式

MSG:是ZigBee规范定义的特殊数据传输机制,其在数据传输格式和内容上并不作更多规定,主要用于专用的数据流或文件数据等数据量较大的传输机制.MSG也是通过应用支持层的APSDEDATArequest原语发送并通过APSDEDATAindication来接收的.MSG事务不显式的支持应用层的确认或者是命令的聚合,但是它可以自由地组合帧来传递那些在具体应用中定义的消息.

表2.7MSG事务帧格式

Bits:8可变事务长度事务数据1.事务长度字段

事务长度字段是由8位二进制组成的,标识了在接下来的事务数据字段中字节的个数.

2.事务长度字段

事务数据字段是变长的,且除非发送方和接受方都支持分段传输,长度是不能大于maxCommandSize的大小.同时字段包含了那些在具体应用中定义的属性的特定消息内容.

短地址的分配机制

ZigBee网络为每个父类节点提供一块可用的地址范围,这些地址是在当前网络中唯一存在的,父类节点再在自己的可用地址范围里向它的子节点分配地址.协调器决定每个父类可以拥有的子节点数,这些子节点包括最大个数个可路由节点(最大个数由nwkMaxRouters变量决定)和其他剩余的不可路由的子节点.每个节点拥有depth属性,是指当前节点到达协调器的最小跳数,比如,协调器的depth属性为0,协调器的子节点的depth属性为1,同样网络的最大depth属性也是由协调器决定的.

通过父类节点所拥有的最大子节点数,nwkMaxChildren(Cm),网络的最大深度,nwkMaxDepth(Lm)和父类节点所拥有的最大路由节点数nwkMaxRouters(Rm),我们就可以计算出父类节点所能分配给子节点的网络地址子块,公式如下:

(2.1)

如果有设备的Cskip(d)值为0,那么这个设备就是终端节点,因为这个节点己经没有可用地址块再往下分了,这时应该就不让这个节点允许其他节点加入自己.如果Cskip(d)值大于0,则父类节点就会允许其他节点加入自己,成为自己的子节点.同时根据子节点是否具有路由功能为其分配短地址.父类节点应该以Cskip(d)作为偏移量,以自己的短地址为基准,分配给其具有路由功能的子节点.对于终端节点,父类节点应该根据下面的公式来分配地址:

(2.2)

下面给出一个例子,nwkMaxChildren为4}nwkMaxRouters为3}nwkMaxDepth为3}计算Cskip(d)值如下表所示:

表2.8网络每个深度下的偏移量

网络的深度d偏移量Cskip(d)016152130

路由花费和基本路由算法

路由花费

ZigBee将比较路由路径的开销作为其用于路由发现和维持的算法.为了计算路径开销,ZigBee会计算路径上的每一段链接的成本,并取得它们成本之和来作为最终该路径的开销.例如,我们定义一条长度位L的路径P,为路径P的表示,而表示P中的每一段链路,则路径P的开销:

(2.3)

其中,C{[D,,几十,]}表示每一段链路的成本.而链路l的成本C{l}定义如下:

(2.4)

当定义了数据包在链路1上传递的可能性Pr时,C{l}采用下面的计算公式,不然为7.如果定义了数据包在链路1上传递的可能性Pr,则可能性的倒数会影响在该链路上期待要通过数据包的数目.反之,则链路的成本为7.

路由算法

首先分析网络层接收到从其高层传下来数据帧的情况,如果目的地址是广播地址,那么网络层就应该将这个帧广播出去.如果帧的接收方是ZigBee协调器或者是路由器,而帧的目的地址正好是接收方的子节点且同时是ZigBee的终端,那么接收方应该使用MCPS-DATA.request原语来路由当前这个帧,同时设置下一跳的目的地址为帧的最终目的地址.如果帧的目的地址不是接收方的终端子节点,那么若接收方有路由能力的话,它会查看网络层帧头中控制字段的发现路由子字段,如果子字段的值为0x02,接收方就会初始化路由发现过程.如果子字段的值不是0x02,那么接收方会检查自己的路由表来寻找与帧的目的地址匹配的路由条目.若接收方没有路由能力,那么接收方顺着网络的树型结构来分层路由.

接着分析从其低层传上来数据帧的情况,如果目的地址是广播地址,那么网络层就应