基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡研究

3 無線網(wǎng)絡組網(wǎng)機制
3．1 建立一個新網(wǎng)絡并將設備與網(wǎng)絡連接
新的網(wǎng)絡首先由協(xié)調(diào)器設備建立，啟動時，協(xié)調(diào)器搜索附近其他協(xié)調(diào)器，如果沒有發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)器，它就通過發(fā)送NLME-NETWORK-FORMATIO-N．request原語啟動一個新的網(wǎng)絡建立過程。當建立網(wǎng)絡過程開始后，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡層將首先請求MAC層對協(xié)議所規(guī)定的信道，或由物理層所默認的有效信道進行能量檢測掃描，設備網(wǎng)絡層發(fā)送掃描類型參數(shù)設置為能量檢測掃描的MLME_SCAN．request原語到MAC層進行信道能量檢測掃描。掃描結果通過MLME_SCAN．confirm原語返回。當網(wǎng)絡層管理實體收到成功的能量檢測掃描結果后，將以遞增的方式對所測量的能量值進行信道排序，并且拋棄那些能量值超出了可允許能量水平的信道，選擇可允許能量水平的信道有待處理。此后網(wǎng)絡層管理實體發(fā)送MLME_SCA-N．request原語執(zhí)行主動掃描，搜索所有的ZigBee設備。為了決定用于建立一個新網(wǎng)絡的最佳通道，網(wǎng)絡層管理實體將檢查PAN描述符確保所給定的個域網(wǎng)標識符不會與所選擇的信道的現(xiàn)有標識符參數(shù)產(chǎn)生沖突，如果沖突那么可能從給定的信道中選擇另外一個信道。如果找到了適當?shù)耐ǖ溃瑒t將為這個新網(wǎng)絡選擇一個PAN標識符。一旦選定了PAN標識符，將選擇一個等于0x0000的16位網(wǎng)絡地址，并且設置MAC層的地址P-IB屬性，將其設置為該值。分配地址后，將通過MAC層發(fā)出MLME_START．request原語開始運行新的個域網(wǎng)，NLME-NETWORK-FORMATION．conf-irm原語返回網(wǎng)絡已經(jīng)形成的確認。
通過NLME_PERMIT_JOINING．request原語允許其他設備與網(wǎng)絡連接，該原語允許ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器上層設定其MAC層連接允許標志，在一定期間內(nèi)允許其他設備同網(wǎng)絡連接。僅僅只有ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器才能企圖允許設備與網(wǎng)絡連接，如果終端節(jié)點設備的網(wǎng)絡層管理實體收到該原語時，則返回狀態(tài)為INVALID-REQUEST的NLME_PERMIT_JOIN-ING．confirm原語。NLME_PERMIT_JOINING．re-quest原語激發(fā)網(wǎng)絡層向MAC層發(fā)送MLME_SET．request原語完成MAC層若干屬性設置，MAC層通過MLME_SET．confirm返回結果，網(wǎng)絡層通過NLME_PERMIT_JOINING. confirm返回設置結果，允許設備同網(wǎng)絡連接。
3．2 子設備連接網(wǎng)絡
當網(wǎng)絡建立并允許新設備接入時，子設備可以通過兩種方式加入網(wǎng)絡：
(1)利用MAC子層關聯(lián)接入程序加入網(wǎng)絡；
(2)通過應用層預先指派的父設備直接加入網(wǎng)絡。
在這兩種方式的基礎上，協(xié)議定義了四種接入方法：關聯(lián)接入、利用網(wǎng)絡層再接入命令再接入網(wǎng)絡、網(wǎng)絡直接接入和以孤點方式連接或重新連接網(wǎng)絡。
關聯(lián)接入是新設備接入ZigBee網(wǎng)絡的主要途徑。關聯(lián)接入過程中，請求入網(wǎng)的子設備首先由應用層向底層發(fā)出NLME_NETWORK_DISCOVER-Y．request原語在網(wǎng)絡通信發(fā)起網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)操作，在預先設定的一個或多個信道上通過主動掃描和被動掃描搜索鄰居網(wǎng)絡的信息。一旦完成主被動掃描，底層通過NLME_NET-WORK_DISCOVERY．confirm原語將鄰居信息返回給應用層。應用層也可以選擇重新執(zhí)行網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)命令，以便發(fā)現(xiàn)更多的網(wǎng)絡。
如果不重新執(zhí)行發(fā)現(xiàn)任務，將從發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡中選擇一個網(wǎng)絡進行連接，即通過發(fā)送NLME_JOIN．request原語以直接或聯(lián)合方式請求連接網(wǎng)絡，沒有連接的設備會在鄰居表中選擇一個適當?shù)母冈O備請求連接。父設備在收到關聯(lián)接入請求后，首先在其鄰居表中查找子設備的64位IEEE地址是否已經(jīng)存在，若存在，則把對應的16位短地址分配給子設備，若不存在，則分配一個新的16為短地址給子設備，然后將該地址通過關聯(lián)接入應答原語NLME_JOIN．confirm發(fā)送給子設備，同時更新其鄰居表和路由表。子設備收到關聯(lián)接入確認后，更新自己的16位短地址和鄰居表，完成關聯(lián)接入過程。