ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)綜述
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1．4 應(yīng)用層
ZigBee應(yīng)用層由三個(gè)部分組成，APS子層、ZDO(包含ZDO管理平臺(tái))和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。其中，APS提供了這樣的接口：在NwK層和APL層之間，從ZDO到供應(yīng)商的應(yīng)用對(duì)象的通用服務(wù)集。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體實(shí)現(xiàn)：APS數(shù)據(jù)實(shí)體(APSDE)和APS管理實(shí)體(APSME)；ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)，描述了一個(gè)基本的功能函數(shù)，這個(gè)功能在應(yīng)用對(duì)象、設(shè)備profile和APS之間的提供了一個(gè)接口。ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間。
每個(gè)ZigBee設(shè)備都與一個(gè)特定模板有關(guān)，可能是公共模板或私有模板。這些模板定義了設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備類型以及用于設(shè)備間通信的簇。公共模板可以確保不同供應(yīng)商的設(shè)備在相同應(yīng)用領(lǐng)域中的互操作性。設(shè)備是由模板定義的，并以應(yīng)用對(duì)象的形式實(shí)現(xiàn)。每個(gè)應(yīng)用對(duì)象通過(guò)一個(gè)端點(diǎn)連接到ZigBee堆棧的余下部分它們都是器件中可尋址的組件。ZigBee應(yīng)用層目前只定義編號(hào)1～240的240個(gè)應(yīng)用對(duì)象，而241～254則是保留予未來(lái)使用。另外，編號(hào)0與編號(hào)255是給予其他方面使用。ZigBee應(yīng)用層的通訊基礎(chǔ)是由ZigBee產(chǎn)品供應(yīng)商發(fā)展的模板所構(gòu)成，某一模板提供對(duì)ZigBee特定應(yīng)用技術(shù)需求的解決方案。
2 路由算法
由ZigBee聯(lián)盟發(fā)布的ZigBee協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)中，網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)兩種路由協(xié)議相互補(bǔ)充進(jìn)行路由的發(fā)現(xiàn)與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這兩種路由協(xié)議分別是按需路由協(xié)議AODV和基于分簇的Cluster-Tree協(xié)議。樹型路由適用于節(jié)點(diǎn)靜止或者移動(dòng)較少的場(chǎng)合，屬于靜態(tài)路由，不需要路由表，節(jié)省存儲(chǔ)資源，對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)包的響應(yīng)較快，但缺點(diǎn)是很不靈活，浪費(fèi)了大量的地址空間，并且路由效率低。AODV協(xié)議主要適用于動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過(guò)路由請(qǐng)求、路由回復(fù)等機(jī)制每次都能發(fā)現(xiàn)最新的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。但是在有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)被部署之后一般都不再發(fā)生移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓埠芫徛?，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只要把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚點(diǎn)。而相互之間不需要進(jìn)行通信。在這樣的情況下，AODV協(xié)議就顯得太過(guò)復(fù)雜。因此，許多從事ZigBee技術(shù)的研究人員都提出相應(yīng)的Cluster-Tree，AODV改進(jìn)算法，下面對(duì)幾種改進(jìn)算法進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。
(1)AODVjr是一種簡(jiǎn)化版本的AODV，主要是考慮到ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池能量有限性、應(yīng)用方便性等因素，而簡(jiǎn)化了AODV的一些特點(diǎn)。
(2)為使簇樹路由算法在縮短時(shí)延方面有更好的效果，應(yīng)該考慮鄰居節(jié)點(diǎn)和選擇下一跳節(jié)點(diǎn)是到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑的節(jié)點(diǎn)，這是基于Greedy算法的想法，提出了改進(jìn)的Cluster-Tree算法。
(3)針對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的Cluster-Tree算法對(duì)簇首能量要求高及節(jié)點(diǎn)問(wèn)非最佳路由的問(wèn)題，提出了Cluster-Tree路由改進(jìn)算法，對(duì)簇首的選擇必須考慮到節(jié)點(diǎn)的剩余能量，并結(jié)合AODVjr算法來(lái)降低路由距離，進(jìn)而減少轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能量損耗。
(4)通過(guò)研究ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的路由算法，分析了樹型路由算法和AODVjr路由算法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)樹型路由算法提出了一種改進(jìn)算法(ITRA)，該改進(jìn)算法將節(jié)點(diǎn)分為兩類：一類是具有足夠的存儲(chǔ)空間和能力執(zhí)行AODVljr路由協(xié)議的節(jié)點(diǎn)，另一類是指存儲(chǔ)空間受限，不具有執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議能力的節(jié)點(diǎn)，改善了原有樹型算法的路由效率低問(wèn)題和避免AODVjr算法的能量消耗和路由表問(wèn)題。
(5)文中分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和ZigBee協(xié)議中的Cluster-Tree路由算法，對(duì)其中的分簇方法進(jìn)行了研究，在此算法的基礎(chǔ)上，利用節(jié)點(diǎn)的深度信息對(duì)算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并考慮了能量均衡利用的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期的目的。改進(jìn)后的算法在延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期方面比LEACH有很大提高。
(6)針對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)簇樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不足，新的算法在選擇父節(jié)點(diǎn)時(shí)綜合考慮節(jié)點(diǎn)的深度、能量和負(fù)載情況，使簇樹結(jié)構(gòu)有助于減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，并在負(fù)載均衡方面更加優(yōu)化。新策略在優(yōu)化簇樹結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，充分利用本地信息和簇樹結(jié)構(gòu)對(duì)ZBR策略進(jìn)行改進(jìn)。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，改進(jìn)策略能有效減少網(wǎng)絡(luò)能耗，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，最大化網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
(7)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)隨著載荷增加，數(shù)據(jù)包碰撞概率增大的情況，提出一種頻點(diǎn)分配算法FFD。該算法以點(diǎn)著色理論為基礎(chǔ)，結(jié)合功率控制，采用分布控制方式，使不同分簇內(nèi)部采用不同的頻點(diǎn)通信，以避免簇間干擾，降低碰撞概率。而簇內(nèi)通信使用小功率，使節(jié)點(diǎn)特別是簇頭能量得到有效利用。
3 ZigBee應(yīng)用
ZigBee技術(shù)主要是嵌入在消費(fèi)性電子設(shè)備、家庭和建筑物自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)控制裝置、電腦外設(shè)、醫(yī)用傳感器、玩具和游戲機(jī)等設(shè)備中，支持小范圍的基于無(wú)線通信的控制和自動(dòng)化等領(lǐng)域中。ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。
通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)做無(wú)線傳輸：
(1)設(shè)備成本很低，傳輸的數(shù)據(jù)量很??；
(2)設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；
(3)沒(méi)有充足的電力支持，只能使用一次性電池；
(4)頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難；
(5)需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備非常多，但僅用于監(jiān)測(cè)或控制。
4 小結(jié)
本文介紹了ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，協(xié)議棧各個(gè)層的功能，針對(duì)ZigBee低能耗問(wèn)題，簡(jiǎn)單介紹了幾種改進(jìn)的路由算法，并簡(jiǎn)單介紹了ZigBee的應(yīng)用。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/155758.htm
評(píng)論