基于ZigBee的無線傳感器網絡研究

3 無線網絡組網機制
3．1 建立一個新網絡并將設備與網絡連接
新的網絡首先由協調器設備建立，啟動時，協調器搜索附近其他協調器，如果沒有發現協調器，它就通過發送NLME-NETWORK-FORMATIO-N．request原語啟動一個新的網絡建立過程。當建立網絡過程開始后，協調器網絡層將首先請求MAC層對協議所規定的信道，或由物理層所默認的有效信道進行能量檢測掃描，設備網絡層發送掃描類型參數設置為能量檢測掃描的MLME_SCAN．request原語到MAC層進行信道能量檢測掃描。掃描結果通過MLME_SCAN．confirm原語返回。當網絡層管理實體收到成功的能量檢測掃描結果后，將以遞增的方式對所測量的能量值進行信道排序，并且拋棄那些能量值超出了可允許能量水平的信道，選擇可允許能量水平的信道有待處理。此后網絡層管理實體發送MLME_SCA-N．request原語執行主動掃描，搜索所有的ZigBee設備。為了決定用于建立一個新網絡的最佳通道，網絡層管理實體將檢查PAN描述符確保所給定的個域網標識符不會與所選擇的信道的現有標識符參數產生沖突，如果沖突那么可能從給定的信道中選擇另外一個信道。如果找到了適當的通道，則將為這個新網絡選擇一個PAN標識符。一旦選定了PAN標識符，將選擇一個等于0x0000的16位網絡地址，并且設置MAC層的地址P-IB屬性，將其設置為該值。分配地址后，將通過MAC層發出MLME_START．request原語開始運行新的個域網，NLME-NETWORK-FORMATION．conf-irm原語返回網絡已經形成的確認。
通過NLME_PERMIT_JOINING．request原語允許其他設備與網絡連接，該原語允許ZigBee協調器或路由器上層設定其MAC層連接允許標志，在一定期間內允許其他設備同網絡連接。僅僅只有ZigBee協調器或路由器才能企圖允許設備與網絡連接，如果終端節點設備的網絡層管理實體收到該原語時，則返回狀態為INVALID-REQUEST的NLME_PERMIT_JOIN-ING．confirm原語。NLME_PERMIT_JOINING．re-quest原語激發網絡層向MAC層發送MLME_SET．request原語完成MAC層若干屬性設置，MAC層通過MLME_SET．confirm返回結果，網絡層通過NLME_PERMIT_JOINING. confirm返回設置結果，允許設備同網絡連接。
3．2 子設備連接網絡
當網絡建立并允許新設備接入時，子設備可以通過兩種方式加入網絡：
(1)利用MAC子層關聯接入程序加入網絡；
(2)通過應用層預先指派的父設備直接加入網絡。
在這兩種方式的基礎上，協議定義了四種接入方法：關聯接入、利用網絡層再接入命令再接入網絡、網絡直接接入和以孤點方式連接或重新連接網絡。
關聯接入是新設備接入ZigBee網絡的主要途徑。關聯接入過程中，請求入網的子設備首先由應用層向底層發出NLME_NETWORK_DISCOVER-Y．request原語在網絡通信發起網絡發現操作，在預先設定的一個或多個信道上通過主動掃描和被動掃描搜索鄰居網絡的信息。一旦完成主被動掃描，底層通過NLME_NET-WORK_DISCOVERY．confirm原語將鄰居信息返回給應用層。應用層也可以選擇重新執行網絡發現命令，以便發現更多的網絡。
如果不重新執行發現任務，將從發現的網絡中選擇一個網絡進行連接，即通過發送NLME_JOIN．request原語以直接或聯合方式請求連接網絡，沒有連接的設備會在鄰居表中選擇一個適當的父設備請求連接。父設備在收到關聯接入請求后，首先在其鄰居表中查找子設備的64位IEEE地址是否已經存在，若存在，則把對應的16位短地址分配給子設備，若不存在，則分配一個新的16為短地址給子設備，然后將該地址通過關聯接入應答原語NLME_JOIN．confirm發送給子設備，同時更新其鄰居表和路由表。子設備收到關聯接入確認后，更新自己的16位短地址和鄰居表，完成關聯接入過程。