ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)綜述
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1．4 應用層
ZigBee應用層由三個(gè)部分組成，APS子層、ZDO(包含ZDO管理平臺)和制造商定義的應用對象。其中，APS提供了這樣的接口：在NwK層和APL層之間，從ZDO到供應商的應用對象的通用服務(wù)集。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體實(shí)現：APS數據實(shí)體(APSDE)和APS管理實(shí)體(APSME)；ZigBee設備對象(ZDO)，描述了一個(gè)基本的功能函數，這個(gè)功能在應用對象、設備profile和APS之間的提供了一個(gè)接口。ZDO位于應用框架和應用支持子層之間。
每個(gè)ZigBee設備都與一個(gè)特定模板有關(guān)，可能是公共模板或私有模板。這些模板定義了設備的應用環(huán)境、設備類(lèi)型以及用于設備間通信的簇。公共模板可以確保不同供應商的設備在相同應用領(lǐng)域中的互操作性。設備是由模板定義的，并以應用對象的形式實(shí)現。每個(gè)應用對象通過(guò)一個(gè)端點(diǎn)連接到ZigBee堆棧的余下部分它們都是器件中可尋址的組件。ZigBee應用層目前只定義編號1～240的240個(gè)應用對象，而241～254則是保留予未來(lái)使用。另外，編號0與編號255是給予其他方面使用。ZigBee應用層的通訊基礎是由ZigBee產(chǎn)品供應商發(fā)展的模板所構成，某一模板提供對ZigBee特定應用技術(shù)需求的解決方案。
2 路由算法
由ZigBee聯(lián)盟發(fā)布的ZigBee協(xié)議的標準中，網(wǎng)絡(luò )層通過(guò)兩種路由協(xié)議相互補充進(jìn)行路由的發(fā)現與數據的轉發(fā)。這兩種路由協(xié)議分別是按需路由協(xié)議AODV和基于分簇的Cluster-Tree協(xié)議。樹(shù)型路由適用于節點(diǎn)靜止或者移動(dòng)較少的場(chǎng)合，屬于靜態(tài)路由，不需要路由表，節省存儲資源，對于傳輸數據包的響應較快，但缺點(diǎn)是很不靈活，浪費了大量的地址空間，并且路由效率低。AODV協(xié)議主要適用于動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，通過(guò)路由請求、路由回復等機制每次都能發(fā)現最新的轉發(fā)路徑。但是在有的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)被部署之后一般都不再發(fā)生移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò )拓撲的變化也很緩慢，各個(gè)傳感器節點(diǎn)只要把采集到的數據發(fā)送給匯聚點(diǎn)。而相互之間不需要進(jìn)行通信。在這樣的情況下，AODV協(xié)議就顯得太過(guò)復雜。因此，許多從事ZigBee技術(shù)的研究人員都提出相應的Cluster-Tree，AODV改進(jìn)算法，下面對幾種改進(jìn)算法進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。
(1)AODVjr是一種簡(jiǎn)化版本的AODV，主要是考慮到ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的電池能量有限性、應用方便性等因素，而簡(jiǎn)化了AODV的一些特點(diǎn)。
(2)為使簇樹(shù)路由算法在縮短時(shí)延方面有更好的效果，應該考慮鄰居節點(diǎn)和選擇下一跳節點(diǎn)是到目的節點(diǎn)的最短路徑的節點(diǎn)，這是基于Greedy算法的想法，提出了改進(jìn)的Cluster-Tree算法。
(3)針對ZigBee網(wǎng)絡(luò )的Cluster-Tree算法對簇首能量要求高及節點(diǎn)問(wèn)非最佳路由的問(wèn)題，提出了Cluster-Tree路由改進(jìn)算法，對簇首的選擇必須考慮到節點(diǎn)的剩余能量，并結合AODVjr算法來(lái)降低路由距離，進(jìn)而減少轉發(fā)數據的能量損耗。
(4)通過(guò)研究ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò )層的路由算法，分析了樹(shù)型路由算法和AODVjr路由算法，并在此基礎上對樹(shù)型路由算法提出了一種改進(jìn)算法(ITRA)，該改進(jìn)算法將節點(diǎn)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是具有足夠的存儲空間和能力執行AODVljr路由協(xié)議的節點(diǎn)，另一類(lèi)是指存儲空間受限，不具有執行AODVjr路由協(xié)議能力的節點(diǎn)，改善了原有樹(shù)型算法的路由效率低問(wèn)題和避免AODVjr算法的能量消耗和路由表問(wèn)題。
(5)文中分析了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和ZigBee協(xié)議中的Cluster-Tree路由算法，對其中的分簇方法進(jìn)行了研究，在此算法的基礎上，利用節點(diǎn)的深度信息對算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并考慮了能量均衡利用的問(wèn)題，以實(shí)現延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )生存周期的目的。改進(jìn)后的算法在延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )生存期方面比LEACH有很大提高。
(6)針對ZigBee網(wǎng)絡(luò )簇樹(shù)拓撲結構的不足，新的算法在選擇父節點(diǎn)時(shí)綜合考慮節點(diǎn)的深度、能量和負載情況，使簇樹(shù)結構有助于減少數據轉發(fā)跳數，并在負載均衡方面更加優(yōu)化。新策略在優(yōu)化簇樹(shù)結構的基礎上，充分利用本地信息和簇樹(shù)結構對ZBR策略進(jìn)行改進(jìn)。仿真實(shí)驗驗證，改進(jìn)策略能有效減少網(wǎng)絡(luò )能耗，均衡網(wǎng)絡(luò )負載，最大化網(wǎng)絡(luò )的生存時(shí)間。
(7)針對網(wǎng)絡(luò )隨著(zhù)載荷增加，數據包碰撞概率增大的情況，提出一種頻點(diǎn)分配算法FFD。該算法以點(diǎn)著(zhù)色理論為基礎，結合功率控制，采用分布控制方式，使不同分簇內部采用不同的頻點(diǎn)通信，以避免簇間干擾，降低碰撞概率。而簇內通信使用小功率，使節點(diǎn)特別是簇頭能量得到有效利用。
3 ZigBee應用
ZigBee技術(shù)主要是嵌入在消費性電子設備、家庭和建筑物自動(dòng)化設備、工業(yè)控制裝置、電腦外設、醫用傳感器、玩具和游戲機等設備中，支持小范圍的基于無(wú)線(xiàn)通信的控制和自動(dòng)化等領(lǐng)域中。ZigBee聯(lián)盟預測的主要應用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車(chē)自動(dòng)化、農業(yè)自動(dòng)化和醫用設備控制等。
通常，符合如下條件之一的應用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)做無(wú)線(xiàn)傳輸：
(1)設備成本很低，傳輸的數據量很??；
(2)設備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；
(3)沒(méi)有充足的電力支持，只能使用一次性電池；
(4)頻繁地更換電池或者反復地充電無(wú)法做到或者很困難；
(5)需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò )中的設備非常多，但僅用于監測或控制。
4 小結
本文介紹了ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，協(xié)議棧各個(gè)層的功能，針對ZigBee低能耗問(wèn)題，簡(jiǎn)單介紹了幾種改進(jìn)的路由算法，并簡(jiǎn)單介紹了ZigBee的應用。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155758.htm
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