[发明专利]一种交互邻居表模式的Zigbee网络树型路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交互邻居表模式的Zigbee网络树型路由方法。

背景技术

缩略语和关键术语定义

FFD   Full      Functional    Device     完整功能设备

RFD   Reduced   Functional    Device     精简功能设备

二级邻居节点：当前节点的邻居节点的邻居节点，称为该当前节点的二级邻居节点。

最小跳数：节点A按照树型路由传输数据到达节点B所需要经过路由器的次数并加1，其值称为节点A到达节点B的最小跳数。

节点网络深度：节点按照树型路由传输数据到达协调器所需要的最小跳数，协调器节点的网络深度定义为0。

最大深度公共父节点：在树型结构中，节点A和节点B所有公共父节点（或祖先节点）中网络深度最大的父节点（或祖先节点）。

Zigbee技术简介

Zigbee技术是一种低成本、低功耗、低数据传输率的短距离无线通信技术，它的这些自身特性使其能够快速灵活地进行自组网以及方便地满足用户自定义应用的需求，已广泛应用于家庭自动化、医疗护理、工业控制、智能农业、消费电子等领域。但同时随着人们的应用需求的多样性、应用场景的复杂性，现有的Zigbee技术并不能满足所有的这些多样化的应用需求。

Zigbee网络可以支持星型、树型以及网格型拓扑结构，网络层采用的是树型路由与AODVjr路由相结合的路由算法。网络中的节点设备可分为FFD和RFD两种，RFD设备处理能力弱，只能作为网络中的终端节点，只使用树型路由算法转发数据；FFD设备具有足够的存储空间以及较强的处理能力，可以作为网络中的路由器节点和协调器。同时，FFD设备按照路由能力也可以分为2类：RN+节点和RN-节点，其中RN+节点有路由能力使用AODVjr路由算法，RN-节点路由能力有限，只能使用树型路由算法转发数据。

Zigbee网络的树型路由算法中，节点只需要根据父子关系进行数据的转发，不需要进行路由发现，能够降低节点的能量消耗以及路由控制开销。但是也存在弊端，节点只能沿着树型结构来选择路径，该路径一般偏长，并不是最优的，从而给数据的传输带来较高的延时；另外，在树型路由算法中，网络深度越低的节点转发的数据量会越大，这样造成了节点的流量分配以及能量消耗的不均衡，降低了网络的生命周期。

Zigbee网络分布式地址分配方案与树型路由算法的基本原理

Zigbee网络中的节点采用分布式地址分配方案（ZigBee Alliance,Document053474r17ZigBee Specification[S].2008,1），加入网络的节点会通过MAC层提供的关联过程组成一个逻辑树，当网络中的节点接受新节点加入网络时，它们之间就形成了父子关系。同时，父节点会为新加入的子节点分配网络地址，此时每个子节点也就拥有了自身可分配的地址块。每一节点分配的地址具有规律性，因此能够很好的支持树型路由。Zigbee网络的分布式地址分配方案原理如下：

首先，假设网络中父节点可允许连接的最大子节点数为Cm，子节点中允许是路由器的最大数目为Rm，网络的最大深度为Lm，则可以根据式（1）来计算网络深度为d的父节点分配给子节点的地址偏移量Cskip(d)：

当一个节点的Cskip(d)值为0时，说明该节点不具备分配网络地址的能力，也即该节点不能作为父节点接受子节点连接请求。若Cskip(d)值不为0，则该节点可以作为父节点接受子节点加入网络的请求，并根据子节点的设备类型来给子节点分配不同的网络地址。其次，假设父节点的网络地址为Ap，若是第n个RFD设备子节点通过Ap加入到网络中所拥有的网络地址An将按照式（2）进行分配：

An=Ap+Cskip(d)*Rm+n,1≤n≤Cm-Rm     （2）

若是第n个FFD设备子节点通过Ap加入到网络中所拥有的网络地址An将按照式（3）进行分配：

An=Ap+1+Cskip(d)(n-1),1≤n≤Rm     （3）

最后，父节点按照上述方案给子节点分配地址，直到父节点所拥有的地址块全部分配完而不再接受新的节点申请加入网络的请求为止。

Zigbee网络的树型路由算法基本原理如下：

（1）如果RFD设备节点需要发送目的地址为D的数据，则将数据直接发送给其父节点，由父节点转发；RFD设备节点不转发任何数据；