ZigBee协议栈网络层的研究与实现
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图2网络层数据传输示意图 3.网络层实现 作者已在符合IEEE802.15.4的硬件平台上实现ZigBee协议栈，成功研发出ZigBee开发包（ZigBeeDevelopmentKit，ZDK）,验证了其可行性。同时，根据一些特定的应用将算法改进，取得良好的运用效果。本节将重点介绍ZigBee网络层的实现。 3.1无线模块的设计 根据不同类型节点功能不同的特点，作者在不同的硬件平台设计模块。设计制作的ZigBee系列模块完全满足IEEE802.15.4和ZigBee协议的规范要求，符合ISM/SRD规范，通过美国FCC认证。模块集无线收发器、微处理器、存储器和用户API等软硬件于一体，能实现1.0版ZigBee协议栈的功能。Coordinator可以连接使用ARM处理器开发的嵌入式系统，功能较多的路由节点（RN+，RN-）由高档单片机充当，功能较少的叶子节点（RFD）使用普通的单片机。模块还可以根据实际需要，工作在不同的睡眠模式和节能方式。 图3是模块的硬件设计框图，射频芯片采用Chipcon公司生产的符合IEEE802.15.4标准的模块CC2420；控制射频芯片的微处理器，可以根据需要选择Atmel公司的AVR系列单片机或者SiliconLabs公司的8051内核单片机。单片机与射频芯片之间通过SPI进行通信，连接速率是6Mbps。单片机与外部设备之间通过串口进行通信，连接速率是38.4kbps。单片机自带若干ADC或者温度传感器，可以实现简单的模数转换或者温度监控。为了方便代码移植到不同的硬件平台，模块固件采用标准C语言编写代码实现。
图3ZigBee模块框图 3.2网络的建立 ZigBee网络最初是由协调器发动并且建立。协调器首先进行信道扫描（Scan），采用一个其他网络没有使用的空闲信道，同时规定Cluster-Tree的拓扑参数，如最大的儿子数（Cm）、最大层数（Lm）、路由算法、路由表生存期等。
图4节点加入及脱离网络握手示意图 图4是设计的节点加入及脱离网络握手示意图。协调器启动后，其他普通节点加入网络时，只要将自己的信道设置成与现有的协调器使用的信道相同，并提供正确的认证信息，即可请求加入（Join）网络。一个节点加入网络后，可以从其父节点得到自己的短MAC地址，ZigBee网络地址以及协调器规定的拓扑参数。同理，一个节点要离开（Leave）网络，只须向其父节点提出请求即可。一个节点若成功地接收一个儿子，或者其儿子成功脱离网络，都必须向协调器汇报。因此，协调器可以即时掌握网络的所有节点信息，维护网络信息库（PIB，PANInformationBase）。 3.3路由设计与实现 在传输数据时，不同类型的的节点有不同的处理方法，协调器的处理机制与RN+相同。网络层路由设计分为RN+，RN-和RFD三个模块。图5至图7分别是三种类型节点接收到上层或者其他节点发送的数据包时，网络层处理程序的流程图。 图5RN+网络层处理程序的流程图图6RN-网络层处理程序的流程图
图7RFD网络层处理程序的流程图 因为实际点对点通信是通过MAC地址进行数据传输的，所以每个节点在接收到信息 |
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