ZigBee网络层协议的分析与设计第26卷第12期计算机应用与软件Vol126No.122022年12月ComputerApplicationsandSoftwareDec.2022ZigBee网络层协议的分析与设计杨诚聂章龙(常州信息职业技术学院江苏常州213164)收稿日期:2022-07-16。杨诚,讲师,主研领域:计算机网络技术,智能控制。摘要目前,国内对ZigBee无线传感器网络的研究主要是以ZigBee技术应用为主,尚没有对外公布的协议栈,基本上是在某些公司提供的底层协议API接口基础之上实现开发。在深入分析ZigBee协议架构的基础之上,重点对ZigBee网络层协议的设计作了详细阐述。关键词无线传感器网络ZigBeeZigBee网络层协议IEEE802.15.4ANALYSINGANDDESIGNINGZIGBEENETWORKLAYERSPROTOCOLYangChengNieZhanglong(ChangzhouCollegeofInformationTechnology,Changzhou213164,Jiangsu,China)AbstractAtpresent,domesticresearchesonZigBeewirelesssensornetworkconcentrateonZigBee’sapplicationsasthemajoratten2tions,andthereisnoprotocolstacktohavebeenproclaimed,basicallytheimplementeddevelopmentsarejustbasedontheunderlineprotocolAPIinterfaceprovidedbysomecompanies.Accordingtoourin2depthanalysisonZigBeeprotocolarchitecture,inthispaperweputtheem2phasisonelucidatingthedesignofZigBeenetworklayerprotocol.KeywordsWirelesssensornetworkZigBeeZigBeenetworklayersprotocolIEEE802.15.40引言作为将对二十一世纪产生巨大影响的技术之一,无线传感器网络WSN(wirelesssensornetwork)是近几年来国内外研究的热点,无线传感器网络引起了世界上许多国家军界、学术界和工业界的高度重视[1],其应用前景十分广阔。目前,在无线传感器网络中,短距离、低成本、低功耗的ZigBee技术是无线通信应用的首选技术之一。ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术,是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术[2]。本文在分析ZigBee无线传感器网络设计的关键技术基础上,重点给出了ZigBee网络层协议设计方案。1ZigBee协议整体架构ZigBee协议的整体架构为分层结构和拓扑结构,在此基础上物理层、MAC层、网络层和应用层可以相互合作,逐层发挥各自的功能,从而实现ZigBee无线传感网络的基本功能。1.1ZigBee协议的分层结构ZigBee标准的分层架构是在OSI七层模型的基础上根据市场和应用的实际需要定义的。其中IEEE802.15.422003标准定义了底层协议:物理层PHY(PhysicalLayer)和媒体访问控制层MAC(MediumAccessControlSub2Layer)。ZigBee联盟在此基础上定义了网络层NWK(NetworkLayer)和应用层APL(Applica2tionLayer)架构。ZigBee协议的体系结构如图1所示[3]。其中PHY层主要功能包括启动和关闭无线收发器、信道能量检测、链路质量检测、信道选择、空闲信道评估(CCA)以及通过物理信道对数据包进行发送和接收等;MAC层主要实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送与接收帧结构数据,提供合适的安全机制等;网络安全层主要用于ZigBee网络的组网连接、数据管理和网络安全等;应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型。图1ZigBee协议的分层结构1.2ZigBee网络拓扑结构在ZigBee网络中,根据设备所具有的通信能力,可以分为全功能设备FFD(full2functiondevice)和精简功能设备RFD(re2duced2functiondevice)。FFD之间以及FFD和RFD之间都可以相互通信;但RFD只能与FFD通信,而不能与其他RFD通信。RFD主要用于简单的控制应用,传输的数据量较少,对传输资源和通信资源占用不多,可以采用相对廉价的实现方案,在网络结构中一般作为通信终端。FFD则需要功能相对较强的MCU,一般在网络结构中拥有网络控制和管理的功能。第26卷第12期计算机应用与软件Vol126No.122022年12月ComputerApplicationsandSoftwareDec.2022ZigBee网络层协议的分析与设计杨诚聂章龙(常州信息职业技术学院江苏常州213164)收稿日期:2022-07-16。杨诚,讲师,主研领域:计算机网络技术,智能控制。摘要目前,国内对ZigBee无线传感器网络的研究主要是以ZigBee技术应用为主,尚没有对外公布的协议栈,基本上是在某些公司提...