ZigBee网络地址分配机制及路由失效自修复研究

ZigBee网络地址分配机制及路由失效自修复研究

李清平;刘清华;傅幼萍

【摘要】探讨了ZigBee网络中用于路由发现和数据传输的网络地址以逻辑树方式进行分配的机制,以基于Cluster-Tree和AODVjr算法的路由选择策略阐述了ZigBee网络规模与节点转发率及平均延时的关系,并通过OPNET平台仿真某路由节点失效后ZigBee网络的自修复功能,评估了其对网络性能产生的影响.最后通过分析节点自我修复能力、各节点应用层数据传输的影响以及点对点的延时情况,验证了ZigBee网络良好的鲁棒性和收敛性.%The mechanism of allocating network address used in routing discovery and data trans-mission in the ZigBee network by means of logical tree is work address allocation algorithm show s that 16-bit short addresses of terminal equipment having the same parent node are all continuous.Routing strategy based on Cluster-Tree and AODVjr algorithm indicates that with the expansion of ZigBee network,the node forwarding rate is on the decline,the average de-lay reduce gradually.Through the OPNET platform,self-healing function of ZigBee network is emulated after a routing node failure,and its influence on network performance is evaluated. The good astringency and strong robustness of ZigBee network have been tested and verified by analyzing the self-healing capacity of failed nodes,the influence on data transmission in the appli-cation layer of each node and point-to-point delay.

【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(032)003

【总页数】6页(P38-42,47)

【关键词】ZigBee网络;网络地址;分配机制;路由失效;自修复能力

【作者】李清平;刘清华;傅幼萍

【作者单位】浙江育英职业技术学院信息技术分院,浙江杭州310018;浙江育英职

业技术学院信息技术分院,浙江杭州310018;杭州万向职业技术学院经济贸易系,浙

江杭州310023

【正文语种】中文

【中图分类】TP393.02

基于IEEE802.15.4标准的ZigBee是一种低功耗、近距离的WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)通讯技术，具有短时延、低复杂度、自组织、低功耗、免执照频段等特点 [1-4].作为一种新兴的无线通信技术，ZigBee得到了

越来越广泛的关注和应用.由于ZigBee联盟直到2005年6月才推出技术规范[5]，因此对于IEEE802.15.4和ZigBee的研究仍处于活跃阶段，目前主要存在以下几

方面的问题：(1)ZigBee的核心技术之一是动态组网，即网络中的每个节点相隔一定时间，需要以无线信号交流的方式重新组网，这就涉及到网络地址的分配机制问题;(2)由于ZigBee网络中部署了大量微型无线传感器，节点分布密集，每一个网

络节点除了自身作为信息采集点和执行来自中心的命令外，还承担着来自网络的数据中转任务.当由于能量耗尽、传感器损坏、环境变化等因素导致节点失效后，ZigBee网络能否有效修复路由路径、确保数据传输，也是技术瓶颈之一.

此外，ZigBee网络节点能耗问题、数据传输时延问题以及传输距离问题，均为当前ZigBee技术实际应用亟待解决和完善之处[6-8].

1 ZigBee设备类型及网络地址分配机制

1.1 ZigBee网络设备类型

ZigBee网络的基本单元是节点，按功能可分为全功能设备(Full Function Device，FFD)和简化功能设备(Reduced Function Device，RFD).FFD可用作网络协调器，连接协调器或另一个通信设备，还能发现其它FFD和RFD并建立通信联系.RFD

按最少RAM和ROM资源设计成简单的收/发节点，能搜索现有网络，必要时传

输数据，向协调器请求数据，多数时间处于休眠状态以节省电池能耗[9].

(1)协调器(Coordinator)：启动和配置网络的设备，具有最高权限，负责网络正常工作以及保持与网络中其它设备的通信并负责网络ID的分配.一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee 协调器.

(2)路由器(Router)：一种支持关联的设备，能够实现其它节点消息的转发功能，

同时还具有为其它子节点分配网络ID的功能，这就意味着路由器和终端设备可以不依赖协调器而自行构成一个ZigBee网络.

(3)终端设备(EndDevice)：具体执行数据采集和传输的设备，不能转发其它节点消息.

1.2 ZigBee网络地址分配机制

ZigBee网络中的所有节点都有两个地址：64位的IEEE地址(MAC地址)和16位

的网络地址.64位的MAC地址是全球唯一地址，由IEEE组织来分配和维护.16位网络地址是节点加入网络时动态分配的，用于设备识别和数据传输，仅在网络内部使用，采用逻辑树层次机制进行分配 [9-10].

网络地址是节点加入网络时由其父节点动态分配的，彼此形成父子关系，所有的节点共同组成树状逻辑关系，逻辑树中的每一个节点都拥有两个参数：网络地址A