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ZigBee无线温湿度数据采集传输系统设计(9)
(2) 网络的结构简单;
(3) 网络的覆盖范围较大。
树状网络的缺点是网络稳定性较差,如果其中某节点断开的话,会导致与其相关联的节点脱离网络,所以这种结构不适合运用于动态变化的环境中。
2.2.3 网状网络
网状网络是ZigBee网络中最复杂的结构,如图2.4所示。在网状网络当中,只要这两个FFD设备位于彼此的无线通信范围之内,他们都是可以直接进行通信的。也就是说,网络中的路由器可以和通信范围里的多有节点进行通信。在这种特殊的网络结构当中,可以进行路由的自动建立和文护。每个FFD都可以完成对网络报文的路由和转发。
网状网络采用多跳式路由通信。网络中各节点的地位是平等的,没有父节点子节点之分。对于没有直接相连的节点可以通过多跳转发的方式进行通信,适合距离较远比较分散的结构。
图 2. 4 网状结构
网状网络的优点:
(1) 网络的灵活性很强。即不但可以通过多条路径传输数据。网络还具备有自组织和自愈功能;
(2) 网络的可靠性很高。如果网络中出现节点失效的情况,与其相关联的节点可以通过寻找其他路径与目的节点进行通信,不会影响到网络的正常运行;
(3) 网状网络的覆盖面积很大。
网状网络的缺点:
(1) 网络的结构较为复杂;
(2) 对接点存储能力和数据处理能力的要求较高;由于网络需要进行灵活的路由选择,节点的处理数据能力和存储能力显然比前两种网络的要求更高。
一般来讲,由于和树状网络、星形网络相比,网状网络更加复杂,所以在组建网络拓扑结构时,往往采用星形网络和树状网络。
因为本设计有3个环节,分别是下位机,中间控制机和上位机,因此选用星形网络拓扑结构。
2.3 ZigBee协议栈
完整的Zigbee协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和高层应用规范组成。ZigBee协议是建立在IEEE 802.15.4协议定义的物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层基础之上的,分为物理层、媒体访问控制层、网络(NWK)层和应用(APL)层,其结构如图2.5。
图 2. 5 Zigbee协议栈结构
其中物理称主要完成无线收发器的启动和关闭,检测信道的能量和数据传输链路的质量,选择信道,空闲信道评估(CCA),以及发送和接收数据包等;媒体访问控制层的功能包括新标管理、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网络的主网连接、数据管理以及网络安全等;应用层主要为Zigbee技术的实际应用提供一些应用框架模型。
Zigbee协议栈中,每层都为它的上一层提供两种服务:数据传输服务和其他服务。其中数据传输服务由数据实体提供,其他的服务由管理实体提供。
图2.5中SAP指的是“服务访问点”,是由每个服务实体和上层接口。下层为上层提供某种服务功能要通过SAP交换一组服务原语来完成[13]。
服务原语交换原理:
服务原语是一个抽象的概念,要实现特定服务需要由它原来指定需要传递的信息。服务原语与具体的服务实现无关。
服务原语有请求、指示、响应和证实4种[13]:
(1) 请求(request)原语。请求原语由网络服务请求方用户发送到它的服务提供层,请求启动一项服务。
(2) 指示(indication)原语。指示原语由网络用户的服务提供层发送到对应服务响应方的相应层,用于同远端的服务请求逻辑相关。
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