[发明专利]节能的ZigBee网络树型拓扑形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZigBee网络树型拓扑形成方法，尤其是一种可避免产生不必要的孤立节点以达到真正网络容量及避免网络深度过长的节能的ZigBee网络树型拓扑形成方法。

背景技术

低速无线个域网（LR-WPAN）作为当今乃至未来无线传感器网络的主流框架，其最为突出的特点和要求就是节能。以ZigBee技术为载体的LR-WPAN，其工作寿命长、成本低，并能在大规模多用途的网络环境中进行自组织和自愈的网络通信。在ZigBee网络层中对设备在网络中的角色进行了分类：ZigBee协调器(ZigBee Coordinator-ZC)、ZigBee路由器(ZigBee Router-ZR)与ZigBee终端设备(ZigBee End Device-ZED)。ZC启动和控制整个网络，存储网络相关信息，负责整个PAN协调器的所有工作；ZR负责传送信息与提供连接，可以连接协调器或者其他路由器，同时也可以接纳子节点的加入；ZED可以发送或者接收信息，但是不能参与路由过程，不能连接任何子节点，只能作为子节点连接协调器或者路由器。

加入ZigBee网络的节点通过MAC层提供的关联过程组成一棵逻辑树，当网络中的节点允许一个新节点加入网络时，它们之间就形成了父子关系，每个进入网络的节点都会得到父节点为其分配的用于路由和数据传输的16位网络地址。因此，逻辑树结构如图1所示是从一个根节点开始的，新加入的节点作为已经存在节点的子节点，以此，树结构不断壮大。图1中的直线链路连接代表父-子关系。节点A是整个树结构的根(root)节点，节点B、C和D是节点A的3个子(Children)节点；节点D是节点E的父(Parent)节点；节点A和D都是节点E的父辈(Ancestors)节点；节点F是节点C的后代(Descendant)节点，同理，节点A以外的所有节点都是节点A的后代节点。

    当网络形成时，ZigBee协调器首先要根据需要规定3个参数：每个父节点最多可以连接的子节点个数                                                ；子节点中最多可以连接的路由节点个数；网络的最大深度。其中应大于等于，这样就可以保证协调器或者路由器可以连接至少(-)个终端节点。是网络深度为d的父节点为其子节点分配的地址之间的偏移量，可按公式

            (1)

进行计算。如果一个父节点的为0时，就不再具备为其子节点分配地址的能力，即不能够再让别的节点通过它加入网络，新节点只能寻找另一个父节点；如果一个父节点的大于0时，则可以接受其它节点成为它的子节点，并且将根据子节点是否具有路由能力来向子节点分配不同的地址。利用作为偏移量，向具有路由能力的子节点分配网络地址，它会为第一个与它关联的路由节点分配比自己大1的地址，之后与之关联的路由节点的地址之间都相隔偏移量，以此类推为所有的路由节点分配地址。ZigBee协议中规定协调器的网络深度一定为0，其网络地址也一定为0。假设父节点的地址为，对于它的第个路由节点，其地址分配公式如下

      (2)

    终端节点分配地址与为路由节点分配地址不同，第n个与之关联的终端子节点地址为可按下式计算

          (3)

    图2给出了一个具有最大子节点个数()为6，最大路由节点个数()为4，网络最大深度()为3的ZigBee网络，利用式(1)计算出的值如表1所示。

   表1