（计算机应用技术专业论文）基于zigbee协议的无线组网技术的研究与实现.pdf

摘要 摘要 近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应 用，无线传感器网络成为一个在国际上备受关注的前沿热点和研究领域。它在 工业监控、军事、医疗健康、智能家居和其他商业领域有着广泛的应用前景。 z i g b e e 技术是一种新兴的短距离无线通信协议，因其功耗低、网络容量大等优 点而非常适用于传感器网络。目前，z i g b e e 技术在国外已经有了一定的应用。 z i g b e e 协议是由i e e e8 0 2 1 5 4 标准的p h y 层和m a c 层再加上z i g b e e 联 盟定义的网络层和应用层所组成，其突出的特点是网络支持低成本、低功耗、 低速率、短距离的数据传输。 本论文全面深入地对i e e e8 0 2 1 5 。4 z i g b e e 协议做了研究分析，重点放在网 络层研究上。论文从z i g b e e 网络的建立、节点入网、z i g b e e 分布式地址分配机 制、路由算法等关键技术点突破，深入研究z i g b e e 技术的组网和路由算法，在 此基础上提出了基于稳定值的角色转换机制及z i g b e e 组网算法。本课题采用 m s p 4 3 0 单片机作为终端节点和协调器的主控m c u ，以c c 2 4 2 0 为无线收发模 块搭建了一个z i g b e e 网络平台，用c 语言实现了以上组网算法，并在硬件平台 上得到了成功地验证。 关键词z i g b e e ；无线传感器网络；m s p 4 3 0 f 1 6 1 1 ；0 0 2 4 2 0 ；无线组网 东北电力大学硕士学位论文 量l m l m m m 。 ! 曼皇曹詈皇詈暑曼鼍皇篁 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n dw i d ea p p l i c a t i o no f c o m p u t e r ，n e t w o r k ，a n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ew i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k sh a v ea r o u s e dw i d ec o n c e r n t h er e s e a r c ho ni th a v eb e c o m eaw o r l d w i d e f o c u s t h ew i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sh a sab r i g h tf u t u r ei nt h ea p p l i c a t i o no f i n d u s t r ym o n i t o r i n g ，m i l i t a r ys e n s i n g ，h e a l t hc a r e ，s m a r th o m em o n i t o r i n ga n do t h e r c o m m e r c i a lf i e l d s z i g b e et e c h n o l o g yi san e w l ye m e r g i n gs h o r td i s t a n c ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 i th a st h ef e a t u r e so fl o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，h i g hd e n s i t y o fn o d e sp e rn e t w o r k ，a n dt h e s em a k e i tas u i t a b l ep r o t o c o lo fs e n s o rn e t w o r k s z i g b e ep r o t o c o li sc o n s t i t u t e do fi e e e8 0 2 15 4 sp h y a n dm a cl a y e r , z i g b e e n e t w o r kl a y e ra n da p p l i c a t i o nl a y e r i t so u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r et h es y s t e m s u p p o r t i n gl o wd a t ar a t e ，l o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，l o w c o s ta n ds h o r td i s t a n c ee t c i nt h ep a p e r t h ea u t h o ra n a l y z e st h ei e e e8 0 2 15 4 z i g b e ep r o t o c o l ，e s p e c i a l l y i nn e t w o r kl a y e r m a k i n gb r e a k t h r o u g h f r o mt h ed e c i s i v e p o i n t s ，s u c h a s e s t a b l i s h m e n to fn e t w o r k , t h ei n t o n e t w o r kf l o w ，t h ed i s t r i b u t e da d d r e s sa s s i g n m e n t m e c h a n i s ma n dr o u t e ra l g o r i t h m se t c ，t h ea u t h o rp o i n t so u tas t a b i l i t y b a s e dr o l e s w i t c h i n gs c h e m ea n daz i g b e en e t w o r ka l g o r i t h m ih a v ed e s i g n e dah a r d w a r e p l a t f o r mw h i c hu s e st h em p s 4 3 0a st h em c u ，u s e st h e c c 2 4 2 0c h i pa st h er f m o d u l e f i n a l l y ，t h en e t w o r ka l g o r i t h m i si m p l e m e n t e do nt h ep l a t f o r m k e y w o r d s zig b e e ；wir ele s ss e n s o rn e t w o r k s ；n s p 4 3 0 f 1 6 11 ；c 0 2 4 2 0 ； w jr e i e s sn e t w o r k i i 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名：互晕卜 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名： 圣e 彝 导师签名：金：堡巨墨 日期： 殛 年二l 月盟日 日期：主塑星年主月型日 第1 章绪论 第1 章绪论 无线传感器网络被认为是2 1 世纪最重要的技术之一。传感器技术本身不 断地在发展、深化和交叉，从原先单一的敏感元件发展到混合集成传感器、智 能传感器、无线传感器网络等，真正朝着无所不在的信息获取技术方向迈进。 目前用于设计无线网络的主流网络协议有b l u e t o o t h ，z i g b e e 和u w b 等【l 】，设 计时要根据实际应用的特点，选择不同的网络协议。z i g b e e 协议主要应用在 工业监控、智能家居、家庭护理、无线传感器网络等领域。本论文详细研究了 z i g b e e 技术的背景、协议构架、网络组网和路由算法，然后在理论基础上提 出了一种基于z i g b e e 的组网算法，并给出基于z i g b e e 的网络架构的设计实现， 最后对系统进行功能和性能的测试。 1 1 研究背景 无线通讯是通信技术的个重要分支，现代无线通讯主要使用了3 g 、w i f i 、 b l u e t o o t h 及u w b 四种通讯标准，这四种通讯手段尽管有许多优点，但对于工 业、家庭自动化控制和遥测遥控领域而言仍存在许多缺陷。 1 u w b 虽然带宽达1 0 0 0 m b p s ，但传输距离太短，仅1 0 米。 2 3 g 虽然网络质量好且覆盖面广，但系统资源消耗大( 程序空间大于 1 6 m b ) ，功耗高，电池供电最多只能维持7 天。 3 w i f i 传输速度达到1 1 m b p s ，传输距离达到1 0 0 米，但功耗大，组网能 力差，仅为至多3 2 个节点的星状网络。 4 b l u e t o o t h 虽成本低，但其传输距离仅为1 1 0 米，只能组成至多8 个节 点的星状网络，电池仅能维持数周。 随着工业自动化，家庭智能化和遥测遥控领域对无线通讯和数据传输需求 的日益增长，一种全新的无线传感网络技术应运而生，并逐步形成了协议标准 z i 曲e e 。该协议标准与其他几种无线通讯技术相比，突出特点是： 1 功耗低：2 节5 号电池可支持1 个节点工作6 2 4 个月。 2 组网能力强：网络最多可达2 1 6 个节点。 东北电力大学硕七学位论文 3 传输距离远：两节点间的物理传输范围一般介于1 0 1 0 0 米之间，在增 加r f 发射功率后，亦可增加到1 3 千米。并且可以通过路由节点实现通讯接力， 传输距离理论上可以达到两倍的“网络深度相邻节点间的距离”的覆盖范围。 4 可靠性高：三级安全模式。 5 成本低：简化的z i g b e e 协议栈，免协议专利费，采用直接序列扩频在 工业科学医疗( i s m ) 频段，2 4 g h z ( 全球) 、9 1 5 m h z ( 美国) 和8 6 8 m h z ( 欧洲) ，免 执照频段。 1 2 国内外研究现状 2 0 0 0 年1 2 月i e e e 成立了i e e e8 0 2 1 5 4 工作组。这个工作组致力于定义 一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的低成本、低功耗、低速率的无线连 接技术。z i g b e e 正是这种技术的商业化命名，这个名字来源于蜂群使用的赖以 生存和发展的通信方式。在标准化方面，i e e e8 0 2 1 5 4 工作组主要负责制定物 理层和m a c 层的协议【2 】【3 】，其余协议主要参照和采用现有标准，高层应用、测 试和市场推广等方面的工作由z i g b e e 联盟负责。 目前国内外有很多机构和知名公司都在进行z i g b e e 技术的研究，对于这种 新兴的近距离、低功耗、低传输率的技术，人们把更多的目光投向了无线组网 技术方面的研究，为下一步无线网络化智能传感器的研制做准备。 1 国外现状 国外对z i g b e e 技术的研究起步较早，研究也较为成熟。z i g b e e 联盟成立于 2 0 0 2 年8 月，为了推动z i g b e e 技术的发展，c h i p c o n 、e m b e r 、f r e e s c a l e 、 h o n e y w e l l 、m i s t u b i s h i 、m o t o r o l a 、p h i l i p s 和s a m s u n g 等公司共同成立了z i g b e e 联盟( z i g b e ea l l i a n c e ) ，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发 商的加入，包括有许多i c 设计、家电、通讯设备、i p 服务提供、玩具等厂商， 目前该联盟已经包含1 5 0 多家会员。 z i g b e e 研究主要集中于硬件和软件两个方面。 硬件方面： ( 1 ) 目前在2 4 g h z 的i 强芯片，以国外的c h i p c o n 市场占有率较高，其r f 芯 片c c 2 4 2 0 搭配a t m e la v r 8b i t s 微处理器的平台，也是很多数人接触到z i g b e e 一2 一 第1 章绪 论 的第个开发平台。 ( 2 ) c h i p c o n 已在2 0 0 5 年第3 季度推出型号为c c 2 4 3 0 的系统芯片( s o c ) ，包含 r f 与微处理器，大大降低了未来z i g b e e 相关产品的成本，简化设计产品周期。 ( 3 ) 2 4 g h z 的r f 芯片厂商f r e e s c a l e ，也有渐渐迎头赶上的趋势。其i 芯片 共分三种型号：m c l 3 1 9 1 、m c l 3 1 9 2 和m c l 3 1 9 3 ，搭配不同的协议软件，提供 给厂商进行不同产品的开发。 软件方面： 国际上已经有许多公司提供z i g b e es t a c k ，例如：e m b e r 、a i r b e e 、f i g u r e 8 w i r e l e s s 等，其中以f i g u r e 8w i r e l e s s ( f 8 w ) 所设计的z s t a c k 最负盛名1 4 】。c h i p c o n 把f 8 w 买下来后，使得c h i p c o n 成为z i g b e e 的完全解决方案的提供者。f r e e s c a l e 也是搭配f 8 w 的z s t a c k 。 这样，c h i p c o nc c 2 4 2 0 + z s t a c k 以及f r e e s c a l e l 31 9 3 + z s t a c k 都成为z i g b e e 开发的黄金平台。 2 国内现状 国内z i g b e e 的研究起步较晚，国内市场主要由国外仪器所占领。现在国内 未见成熟的自主研制的z i g b e e 产品，只有一些研究性和简单应用的文章出现于 期刊杂志，不过随着无线技术大趋势的发展，很多高校和研究机构己经着手无 线组网、无线技术应用方面的研究，特别是与我们日常生活息息相关的近距离 无线组网技术的研究与应用。如中科院计算所的宁波分所就在专门从事无线技 术的研究，主要侧重于无线网络化智能传感器，计算所自行开发了低功耗的 c p u 、多点网络动态组网拓扑协议、网络节点管理软件、无线网络化智能传感 器操作系统。国内的一些大学，如浙江大学、山东大学也在搞z i g b e e 组网和应 用的研究，利用国外厂商的开发平台和芯片建立z i g b e e 网络，并应用于智能家 居，无线抄表和物流管理方面。相信随着无线技术研究的深入，会有更多的国 产z i g b e e 和其他无线产品投入市场。 1 3 研究内容与结构 东北电力大学硕士学位论文 1 3 1 本文研究内容 本课题主要完成以下几方面内容： 1 以路由算法和组网算法为重点深入研究z i g b e e 协议规范。 2 创新性地提出了角色转换机制，可以在网络发生故障时，转换网络上的 设备的角色，使得网络得以正常的运行下去。 3 对z i g b e e 的分布式地址分配机制的错误提出了修正意见。 4 利用m s p 4 3 0 处理器和c c 2 4 2 0 r f 模块设计并完成了一个z i g b e e 开发 平台。 5 在z i g b e e 开发平台实现了z i g b e e 协议网络层的相关功能。 6 自行提出了一种z i g b e e 组网算法，并在z i g b e e 网络平台上予以验证。 1 3 2 论文内容安排 论文的内容分为五章： 第一章：绪论，简要地介绍了z i g b e e 协议的特点、应用以及研究现状，并 指出了本文的研究内容。 第二章：z i g b e e 协议概述。较为全面介绍了z i g b e e 协议，首先给出了z i g b e e 协议的协议框架，然后依次重点介绍了z i g b e e 的p h y 层、m a c 层、n w k 层 的基本结构及其功能，最后提给出了服务原语和服务访问点的概念。 第三章：基于z i g b e e 的网络组网和路由研究。首先介绍了对z i g b e e 三种 网络拓扑结构；然后从网络的建立、设备入网流程等方面对基于z i g b e e 的网络 组网算法进行了深入研究：最后把重点放在基于z i g b e e 的路由算法的研究。本 章是课题研究和开发的理论基础。 第四章：z i g b e e 网络架构的实现。首先介绍构建z i g b e e 平台采用的m c u 模块和i 心模块，然后在以上研究成果的基础上提出一个z i g b e e 组网方案，并 在平台上实现，主要包括协议栈及组网算法的实现。 第五章：系统测试与分析。对系统组网功能及性能进行测试并对测试结果 进行分析。 总结：总结了论文所做的工作及取得的成果，并提出下一步工作建议。 一4 一 第2 章z i g b e e 协议概述 第2 章z ig b e e 协议概述 2 1zig b e e 技术简介 随着通信技术的迅速发展，不断深入到人类的日常生活。人们提出了在自 身附近几米范围内通信的要求，这样就出现了个人区域网络p a n ( p e r s o n a la r e a n e t w o r k ) 和无线个人区域网络w p a n ( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) 的概念。 w p a n 网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米到几十米范围内的多 个设备通过无线方式连接在一起，使他们可以相互通信甚至接入i n t e m e t 和移动 通信网1 5 j 。 2 0 0 1 年8 月成立的z i g b e e 联盟就是一个针对w p a n 网络而成立的产业联 盟，致力于近距离、低复杂度、低数据速率、低成本的无线网络技术。z i g b e e 联盟于2 0 0 5 年6 月公布了第一份z i g b e e 规范( ( z i g b e es p e c i f i c a t i o nv 1 0 。 z i g b e e 标准采用分层结构【6 1 。每一层为上层提供一系列特殊的服务：数据 实体提供数据传输服务，管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体都 通过服务接a 点( s a p ) 为上层提供一个接口，每个s a p 都支持一定数量的服务 原语来实现所需的功能。 z i g b e e 标准堆栈架构是在o s i 七层模型【7 】的基础上根据市场和实际需要定 义的。i e e e8 0 2 1 5 4 2 0 0 3 标准定义了底层：物理层p h y ( p h y r s i c a ll a y e r ) 和媒体 访问控制层m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r o ls u b - l a y e r ) 。z i g b e e 联盟在此基础上定 义了网络层n w k ( n e t w o r kl a y e r ) 、应用层a e l ( a p p l i c a t i o nl a y e r ) 架构。其中应 用层包括应用支持子层a p s ( a p p l i c a t i o ns u p p o r ts u b - l a y e r ) 和应用架构 a f ( a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ) 。 整个协议构架( 如图2 1 所示) 在标准制定的分工上，由z i g b e e 联盟与i e e e 8 0 2 1 5 4 的任务小组共同制定。 东北电力大学硕士学位论文 图2 - 1z i g b e e i e e e8 0 2 1 5 4p r o t o c o ls t a c k 2 2zig b e e 协议介绍 2 2 。1 物理层 i e e e8 0 2 1 5 4 作为z i g b e e 的底层标准包括两个部分：物理层p h y 规范和 媒体访问控制子层m a c 规范。 i e e e8 0 2 1 5 4 的物理层定义了物理信道和m a c 子层之间的接口，提供物 理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据， 物理层管理服务维护一个物理层相关数据组成的数据库【8 1 。 根据标准的定义，物理层实现了如下功能： 1 信道进行能量检测e d ( e n e r g yd e t e c t ) 。 2 对收到的包进行链路质量指示l q i ( l i n kq u a l i t yi n d i c a t i o n ) 。 3 接收发送数据。 第2 章z i g b e e 协议概述 4 空闲信道评估c c a ( c l e a rc h a n n e la s s e s s m e n t ) 。 信道能量检测为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信 号的功率强度，由于这个检测本身不进行解码操作，所以检测结果是有效信号 功率和噪声信号功率之和。 链路质量指示为网络层或者应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质 量的信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号解码，生成的是一个信噪比 指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一道提交给上层处理。 空闲信道评估判断信道是否空闲。i e e e8 0 2 1 5 。4 定义了三种空闲信道评估 模式：第一种，简单判断信道的信号能量，当信号能量低于某一个门限值就认 为信道空闲；第二种是通过判断无线信号的特征，这个特征主要包括两个方面， 即扩频信号特征和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号 强度和信号特征，给出信道空闲判断。 2 2 2m a c 层 m a c 子层提供两种服务：m a c 层数据服务和m a c 层管理服务，前者保 证m a c 协议数据单元在物理层数据服务中正确收发，后者维护一个存储m a c 子层协议状态相关信息的数据库m i b t 9 j 。 根据标准的定义，m a c 层的完成如下六个方面的功能： 1 协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步。 2 支持p a n 网络的关联( a s s o c i a t i o n ) 和取消关联( d i s a s s o c i a t i o n ) 操作。 3 支持无线信道通信安全。 4 使用c s m a c a 机制共享物理信道。 5 支持时隙保障g t s ( g u a r a n t e e dt i m es 1 0 0 机制。 6 为两个对等的m a c 实体提供可靠的数据链路。 关联操作是指一个设备在加入一个特定p a n 时，向协调器注册以及身份认 证的过程。l r - w p a n 网络中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这 时就需要进行关联和取消关联操作。 时隙保障机制和时分复用t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 机制相似， 但它可以动态地为申请的设备分配时隙。使用时隙保障机制需要设备间的时间 东北电力大学硕士学位论文 同步，i e e e8 0 2 1 5 4 中的时间同步通过“超帧( s u p e r f r a m e ) 机制实现的。 i e e e8 0 2 1 5 4 z i g b e e 帧结构的设计原则是保证网络在有噪音的信道上以 足够健壮的传输的同时将网络的复杂性降到最低。每一后继的协议层都是在其 前一层添加或者去除帧头和帧尾而形成【1 0 1 。 m a c 层帧结构的设计目标是用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下 的可靠数据传输。每个m a c 子层的帧都由帧头、负载和帧尾三部分组成。帧 头由帧控制信息、帧序列号和地址信息组成；m a c 子层负载具有可变长度，具 体内容由帧类型决定；帧尾是帧头和负载数据的1 6 位c r c 校验序列。 i e e e8 0 2 1 5 4 的m a c 层定义了4 种基本帧结构：信标帧、数据帧、确认 帧和m a c 命令帧。其基本功能如下： 信标帧：供协调器使用。 数据帧：承载所有的数据。 确认帧：确认帧的顺利传送。 m a c 命令帧：用来处理m a c 对等实体之间的控制传送。 在m a c 子层中设备地址有两种格式：1 6 位( 2 个字节) 的短地址和6 4 位( 8 个字节) 的扩展地址。1 6 位短地址是设备与p a n 网络协调器关联时，由协调器 分配的网络内部地址：6 4 位扩展地址是全球惟一地址，在设备进入网络之前就 分配好了。1 6 位短地址只能保证在p a n 网络内部是惟一的，所以在使用1 6 位 短地址通信时需要结合1 6 位的p a n 网络标识符才有意义。两种地址类型的地 址：信息的长度是不同的，从而导致m a c 帧头的长度也是可变的。一个数据 帧使用哪种地址类型由帧控制字段的内容指示。在帧结构中没有表示帧长度的 字段，这是因为在物理层的帧里面有表示m a c 帧长度的字段，m a c 负载长度 可以通过物理层帧长和m a c 帧头的长度计算出来。 第2 章z i g b e e 协议概述 表2 1m a c 层帧结构 o c t e t s ：2 1 o 2q 2 8 q | 2 q | 2 沤v a r i a b l e 2 f r a m e s e q u e n c e d e s t i n a t i o nd e s t i n a t i o ns o u r c es o u r c ef r a m ef c s c o n t r o l n u m b e rp a n a d d r e s sp a na d d r e s s p a y l o a d i d e n t i f i e ri d e n t i f i e r a d d r e s s i n gf i e l d s m h rm f r 2 2 3 网络层 z i g b e e 网络层提供必要的函数，确保z i g b e e 的m a c 层正常工作，并且为 应用层提供合适的服务接口。网络层提供数据服务实体n l d e ( n e t w o r kl a y e r d a t ae n t i t y ) 和管理服务实体n l m e ( n e t w o r kl a y e rm a n a g e m e n te n t i t y ) 。网络层数 据实体通过网络层数据实体接入点( n l d e s a p ) 提供数据传输服务，网络层管理 实体通过网络层管理实体服务点( n l m e s a p ) 提供网络管理服务【1 1 】。 1 网络层数据实体n l d e 网络层数据实体为数据提供服务，在两个或者更多的设备之间传送数据时， 将按照应用协议数据单元a p d u ( a p p l i c a t i o ns u p p o r ts u b - l a y e rp r o t o c o ld a t au n i t ) 的格式进行传送，并且这些设备必须在同一个网络中。网络层数据实体提供如 下服务： ( 1 ) 生成网络层协议数据单元n p d u ( n e t w o r kl a y e rp r o t o c o ld a t au n i 0 。 ( 2 ) 指定拓扑结构传输路由。 2 网络层管理实体n l m e 网络层管理实体提供网络管理服务。网络层管理实体提供如下服务： ( 1 ) 配置新设备，对z i g b e e 协调器和网络设备的初始化操作。 ( 2 ) 初始化网络及连接、断开网络。 ( 3 ) 地址分配，z i g b e e 协调器和路由器为新加入的网络设备分配地址。 ( 4 ) 邻居设备发现，发现、记录、报告邻居设备信息。 ( 5 ) 路由发现，发现和记录有效传送信息的网络路由。 ( 6 ) 接收控制，控制设备接收机状态。 一9 一 东北电力大学硕士学位论文 3 网络层帧结构 网络层帧格式由一个网络层报头和一个网络层有效载荷组成。z i g b e e 网络 协议中，定义了网络层数据帧和网络层命令帧两种网络层帧1 2 】。数据帧用于传 递上层发送来的数据，命令帧用于传送路由请求、路由应答、路由错误等各种 命令。网络层帧格式即网络协议数据单元( n p d u ) 的格式如表2 2 所示： 表2 - 2 网络层帧结构 o c t e t s ：222l l v a r i a b l e f r a m ed e s t i n a t i o ns o u r c er a d i u s s e q u e n c e f r a m e c o n t r o la d d r e s sa d d r e s sn u m b e r p a y l o a d r o u t i n gf i e l d s n w kh e a d e rn m r m 时，常会出现负分 数的状况；而c s k i p 的值是被用来当作地址分配偏移量的，一个有分数的网络 地址显然是不合理的，因此，这是个严重的错误。 其次，公式2 也是有问题的，分配z e d 地址的公式其范围是1 n _ c m r m ， 当c m 等于r m 时，此范围就变成了1 鱼1 o ，也是错误状况。 发现了问题，在此试着给出解决方案。若c s k i p 的值在的d = l m 时设为0 就 不会出现负分数的状况。将c s k i p 公式简化并加上条件如下： c s k i p = o ，l m = d c s k i p = 1 ，l m - - d - 1 c s k i p = l + c m ，l m = d - 2 ( 3 - 3 ) 代入公式3 1 ，l m 第3 章基于z i g b e e 的网络组网和路由研究 该原语用于确认网络构建请求的操作结构。 3 允许设备入网请求 ( 1 ) 允许设备入网请求原语 n l m e p e r m i t - j o i n r e q u e s t p e r m i t d u r a t i o n ( 关联允许周期) ) 该原语用于允许z i g b e e 协调器或路由器将m a c 层关联允许标志设置为一 个固定的周期，在该时间段内它可以允许新设备加入它的网络。 ( 2 ) 允许设备入网确认原语 n l m e p e r m i t - j o i n c o n f i r m s t a t u s ( 状态参数) ) 该原语用于向z i g b e e 协调器或路由器返回允许设备加入网络请求的执行结 果。 4 路由启动 ( 1 ) 路由启动请求原语 n l m e - s t a r t r o u t e r r e q u e s t b e a c o n o r d e r ( 信标帧序列) s u p e r f r a m e o r d e r ( 超帧序列) b a t t e r y l i f e e x t e n s i o n ( 模式开关参数) ) 该原语用于z i g b e e 路由器初始化或改变其超帧配置。 ( 2 ) 路由启动确认原语 n l m e - s t a r t - r o u t e r c o n f i r m s t a t u s ( 状态参数) ) 该原语用于报告z i g b e e 路由器初始化或改变超帧配置后的结果。 5 设备入网 ( 1 ) 设备入网请求原语 东北电力大学硕士学位论文 n l m e - j o i n r e q u e s t p a n i d ( p a n 标识符) j o i n a s r o u t e r ( 作为路由器入网标志) r e j o i n n e t w o r k ( 重加入网络标志) s c a n c h a n n e l s ( 扫描信道) p o w e r s o u r c e ( f l 皂量源标志1 r x o nw h e n d i e ( 空闲状态能否接受数据标志) m a c s e c u r i t y ( m a c 层安全启动标志) ) 该原语用于设备请求加入网络，无论是通过关联、直接添加还是孤立时重 入网这几种情况，都使用该原语。 ( 2 ) 设备入网指示原语 n l m e - j o i n r e q u e s t s h o r t a d d r e s s ( 短地址) e x t e n d e d a d d r e s s ( 扩展地址) c a p a b i l i t y 7 i n f o r m a t i o n ( 操作性能信息) s