原创 ZigBee路由算法分析2

一个新的RFD节点（i），它没有路由能力，它与协调器连接作为协调器的第n个子节点。根据它的深度d，父节点（k）将为子节点（i）分配网络地址： Ai=Ak+Cskip（d）·Rm+n 其中1≤n≤（Cm-Rm） 如果是新的子节点FFD，它有路由能力，父节点（k）将给它分配网络地址： Ai=Ak+1+Cskip（d）·（n-1） 　　其中， 否则，参数nwkMaxDepth (Lm)表示网络的最大深度。 假设一个路由器向网络地址为D的目的地址发送数据包，路由器的网络地址为A，网络深度为d。路由器将首先通过表达式： A ＜ D＜ A + Cskip( d-1 ) 判断该目的节点是否为自己的子节点。如果目的节点是自己的子节点，则下一跳节点的地址为： 否则，下一跳节点是该路由器的父节点。 2.2.4 Tree+Z-AODV路由算法的分析 根据上文对Tree和Z-AODV两种路由算法的分析，在我们的ZigBee网络中将二者结合，使用Z-AODV和分等级的树型（Tree）路由相结合的混合路由方法，构成网格型拓扑结构（Mesh）的网络。 具体实现方法是在数据帧帧头的DiscoverRouter域指定路由。该域可以是如下三种值： ⑴ 抑制路由发现：它使用已经存在的路由表。当路由表中没有相应的目的节点的地址时，参数nwkUseTreeRouting的值为TRUE，网络将使用树型路由。 ⑵ 使能路由发现：如果在路由表中有路由地址，将按照该路由表进行路由。否则，路由器将使用Z-AODV路由算法初始路由发现。如果该节点没有初始路由发现的能力，它将使用树型路由。 ⑶ 强制路由发现：不管是否有相应的路由表，节点都强制使用Z-AODV路由算法初始化路由发现。 在ZigBee规范中提出了将AODV和Tree路由混合的路由机制。但在ZigBee规范中并没有说明如何配置参数来选择路由策略，没有使两者平衡的设计方法。根据上面Tree路由和Z-AODV的分析，我们提出了基于数据特性的路由方法，即在两种路由算法构成的网格型网络中，根据节点间传输数据特性的不同，通过设置数据帧帧头的DiscoverRouter域，选择不同的路由方法。对于捆绑型的连续数据，ZigBee应用层应选择使用使能路由的方法。即采用Z-AODV路由首先建立路由发现，然后选择跳数少的路由，成为最佳路径；对于爆发型的不连续数据则使用抑制路由发现的方法，即在路由表中没有响应的目的节点的地址时，采用Tree路由方法。因为这种路由不需要建立路由表，因此对传输的数据响应较快。 图4为节点接收到上层或其他节点发送的数据包时，网络层处理程序的流程图。 图4 路由算法流程图 2.3 总结 Tree路由是一种由网络协调器展开生成树状网络的拓扑结构，适合于节点静止或者移动较少的场合，属于静态路由，不需要存储路由表。树型路由对传输数据包的响应较快，因为树型路由不需要建立路由表。其缺点是所选择的路由并非是最佳的路由，不能获得最小路由。树型路由适用于爆发型的数据传输。 Z-AODV需要首先建立路由发现，然后选择跳数少的路由，成为最佳路径。Z-AODV适用于连续的数据传输。 在ZigBee规范中，设计了Z-AODV和Tree路由混合的路由策略，这里我们提出了基于数据服务的ZigBee路由选择策略。根据上述分析可以看出，这种路由选择机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势；并且根据能量控制机制，可以有效地平衡节点能量，避免节点耗尽能量而过早地失去作用。 3 ZigBee模块硬件设计 模块集无线收发器、微处理器、存储器和用户API等软硬件于一体，可实现1.0版ZigBee协议栈的功能。 图5 ZigBee模块框图 图5是模块的硬件框图，射频芯片采用Chipcon公司生产的符合IEEE802.15.4标准的模块CC2420/CC2430/CC2431/CC2480；控制射频芯片的微处理器可以根据需要选择8051内核单片机。单片机与射频芯片之间通过SPI通信。单片机与外部设备之间通过串口通信，单片机自带若干ADC或者温度传感器，可以实现简单的模数转换或者温度监控。为了方便代码移植到不同的硬件平台，模块固件采用标准C语言编写代码实现。开发工具可选择无线龙C51RF-3-PK系统，此系统提供了全套源代码。 参考文献 [1] 蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006 [２] ZigBee Specification.ZigBee Alliance[R]，2006 [３]IEEE.IEEE standards 8021.15.4[R]；2003 [４] Ran Peng，Sun Mao-hen，Zou You-min. ZigBee Routing Selection Strategy Base on Data Services and Engergy-balance ZigBee Routing Service Conmputing，2006.APSCC 06.IEEE Asia-Pacific Conference on Dec.2006：400-404 [５] 朱向庆，王建明.ZigBee协议网络层的研究与实现[J]