第8章无线个域网剖析.ppt

* ☆MAC层数据传输机制 ①CSMA/CA传输机制 ②应答重传机制 * ZigBee的网络层和应用层 ZigBee网络层主要实现组建网络、为新加入节点分配地址、路由发现、路由维护等功能，可支持多种网络拓扑 ☆ZigBee网络配置 在网络配置上，ZigBee有3类节点：协调点、路由节点、终端节点。协调点必须是FFD，路由节点也必须是FFD，终端节点可以是FFD或者RFD * ☆ZigBee网络拓扑 ZigBee网络层支持3种拓扑结构：星型、网状型和树型 ①星型结构。由一个协调点、一或多个终端节点组成 ②网状型结构。若干FFD之间是完全的对等通信，每个节点均可与通信范围内的其它节点通信，有一个会被推荐为协调点 ③树型结构。节点可采用Cluster-Tree路由传输数据和控制信息，末端叶节点一般为RFD * (a) 星型结构 (b) 网状型结构 (c) 树型结构 FFD RFD ZigBee的3种拓扑结构 * ☆ZigBee的应用层 应用层包括：应用支持(APS)、应用框架(AF)、设备对象(ZDO)。APS的主要功能包括：协议数据单元APDU的处理、APS数据传输机制、节点间的应用对象绑定。AF为各用户定义的应用对象提供模板式的活动空间，为每个应用对象提供了键值对服务和报文服务两种服务。ZDO可看作是一种公共应用，提供了一个公共功能集，供用户自定义的应用对象调用APS服务及网络层服务，主要功能包括设备服务发现等。 * ZigBee的组网过程 ●具有ZigBee协调点功能且未加入任一网络的节点可发起建立一个新的ZigBee网络，该节点即成为ZigBee协调点。协调点首先进行能量探测和主动扫描，选择一个空闲或网络通信最少的信道，然后确定自身的16位网络地址、PAN标识符、网络拓扑参数等。其中PAN标识符是网络在此信道中的唯一标识，不应与探测到的其它PAN标识符冲突。然后协调点可接受其它节点加人该网络。 * ●一个孤立节点想要加入当前网络时，可向网络中的节点发送关联请求。收到关联请求的节点如果有能力接受其它节点为其子节点，就为该节点分配一个唯一的16位地址，并发出关联应答。收到应答后，该节点成功加入网络，并可接受其它节点的关联。节点加入网络后，将自身PANID设为与ZigBee协调点相同的标识。一个节点是否具有接受其它节点与其关联的能力，主要取决于该节点可利用的资源，如存储空间、能量等。 * ●如果节点要脱离网络，可向其父节点发送解除关联的请求，收到父节点的解除关联应答后，便可成功离开网络。但如果其有一个或多个子节点，在离开网络之前，首先要解除所有子节点与自身的关联。 * 无线个域网的应用实例 超市运用ZigBee技术，在原有基础上增加或组建WPAN，使所有电子称都在无线信号覆盖内，任何电子称的数据都实时连通，极大方便了消费者，将电子称故障造成的影响降到最低。 其优势在于： ①电子称任意分布 ②提高盘货效率 ③安全性好 * 基于ZigBee网络的超市零售系统系统 * 无线个域网的仿真 仿真模块简介 ①无线信道模块：Channel/WirelessChannel； ②无线传输模块：Propagation/TwoRayGround； ③无线物理接口模块：Phy/WirelessPhy； ④无线局域网MAC层模块：IEEE805.15.4； ⑤无线天线模块：Antenna/OmniAntenna； ⑥无线路由协议：Zigbee作为仿真的路由协议； ⑦其它无线模块：无线队列模块、无线逻辑链路模块等； * 802.15.4MAC协议仿真 ☆仿真背景 802.15.4主要针对低速WPAN。该标准以低功耗、低速率传输、低成本为目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备间的低速互连提供统一标准。低速WPAN的特征与WSN较为相似，被很多研究机构作为WSN的通信标准。 * 802.15.4MAC协议仿真 ☆仿真背景 802.15.4包括用于低速WPAN的物理层和MAC层两个规范，能支持消耗功率最少、一般在个人活动空间(10m直径或更小)工作的简单设备。802.15.4支持单跳星状和多跳对等(超过10m)两种网络拓扑，但对等拓扑的逻辑结构由网络层定义。源和目标地址可使用64位的链路级唯一地址，也可以使用16位短地址。一个802.15.4网络最多可以容纳216个设备。 * 802.15.4MAC协议仿真 ☆仿真拓扑 3 2 0 1 4 5 6 802.15.4MAC协议仿真拓扑结构 * ☆仿真代码 详解电子资源和教材8.7.1节 ☆仿真结果和分析见教材195页 节点0广播AODV路由请求 * 当各个节点收到节点0的AODV路由请求后，会向节点0返回应答信息，以尽快建立整