1、zi gbee 網絡 建立 過程簡介( G1)星形網絡和樹型網絡可以看成是網狀網絡的一個特殊子集，所以接下來分析如何組建一個Zigbee網狀網絡。組建一個完整的 Zigbee網絡分為兩步：第一步是協調器初始化一個網絡；第二步是路由器或終端加 入網絡。加入網絡又有兩種方法，一種是子設備通過使用MAC層的連接進程加入網絡，另一種是子設備通過與一個先前指定的父設備直接加入網絡。一、 協調器初始化網絡協調器建立一個新網絡的流程如圖1所示。WliE-N ETWORK-FORW MION 啲TMJE-SCAN requestMLWE-SDAK confamMLME-SCAN.requestMLWE-SCA

2、N contfni畝外站it PM id.MUML-5C.1eqestHL ME ShT cenfinnMLK1E-5TAr(T requestmiE-STARTanfirmNLM：'. NETWCftK-rORMMlON infirmAPLNWKMAC圖1協調器建立一個新網絡1、檢測協調器建立一個新的網絡是通過原語 NLME_NETWORK_FORMATION.reqi發起的，但發起 NLME_NETWORK_FORMATION.reqi原語的節點必須具備兩個條件，一是這個節點具有 ZigBee協調 器功能，二是這個節點沒有加入到其它網絡中。任何不滿足這兩個條件的節點發起建立一個新網

3、絡 的進程都會被網絡層管理實體終止，網絡層管理實體將通過參數值為INVALID_REQUES的NLME_NETWORK_FORMATION.con的原 語來通知上層這是一個非法請求。2、信道掃描協調器發起建立一個新網絡的進程后，網絡層管理實體將請求MAC子層對信道進行掃描。信道掃描包括能量掃描和主動掃描兩個過程。首先對用戶指定的信道或物理層所有默認的信道進行一個能量 掃描，以排除干擾。網絡層管理實體將根據信道能量測量值對信道進行一個遞增排序，并且拋棄能 量值超過了可允許能量值的信道，保留可允許能量值內的信道等待進一步處理。接著在可允許能量值內的信道執行主動掃描，網絡層管理實體通過審查返回的PA

4、N描述符列表，確定一個用于建立新網絡的信道，該信道中現有的網絡數目是最少的，網絡層管理實體將優先選擇沒有網絡的信道。如 果沒有掃描到一個合適的信道，進程將被終止，網絡層管理實體通過參數仟為STARTUP_FAILUR的NLME_NETWORK_FORMATION.con的原語來通知上層初始化啟動網絡失敗。3、配置網絡參數如果掃描到一個合適的信道，網絡層管理實體將為新網絡選擇一個PAN描述符，該PAN描述符可以是由設備隨機選擇的，也可以是在NLME_NETWORK_FORMATION.reqi里指定的，但必須滿足 PAN描述符小于或等于0x3fff，不等于Oxffff ，并且在所選信道內是唯一的

5、PAN描述符，沒有任何其它PAN描述符與之是重復的。如果沒有符合條件的PAN描述符可選擇，進程將被終止，網絡層管理實體通過參數值為 STARTUP_FAILUR的NLME_NETWORK_FORMATION.con的原語來通知上層初始化啟動 網絡失敗。確定好 PAN描述符后，網絡層管理實體為協調器選擇16位網絡地址0x0000，MAC?層的macPANID參數將被設置為PAN描述符的值，macShortAddress PIB參數設置為協調器的網絡地址 。4、運行新網絡網絡參數配置好后，網絡層管理實體通過MLME_START.request原語通知MAC!啟動并運行新網絡，啟動狀態通過MLME_

6、START.confirm原語通知網絡層，網絡層管理實體再通過 NLME_NETWORK_FORMATION.con原語 通知上層協調器初始化的狀態。5、允許設備加入網絡只有ZigBee協調器或路由器才能通過 NLME_PERMIT_JOINING.request原語來設置節點處于允許設備 加入網絡的狀態。當發起這個進程時，如果PermitDuration 參數值為0x00，網絡層管理實體將通過MLME_SET.request原語把 MAd的 macAssociationPermit PIB 屬性設置為 FALSE禁止節點處于允 許設備加入網絡的狀態；如果PermitDuration參數值介于

7、0x01和0xfe之間，網絡層管理實體將通過MLME_SET.request原語把 macAssociationPermit PIB屬性設置為 TRUE并開啟一個定時器，定時時間為PermitDuration ，在這段時間內節點處于允許設備加入網絡的狀態，定時時間結束，網絡 層管理實體把 MAC層的macAssociationPermit PIB屬性設置為 FALSE如果PermitDuration 參數的值為0xff，網絡層管理實體將通過MLME_SET.request原語把macAssociationPermit PIB 屬性設置為TRUE表示節點無限期處于允許設備加入網絡的狀態，除非有另

8、外一個NLME_PERMIT_JOINING.request原語被發出。允許設備加入網絡的流程如圖2所示。圖2允許設備加入網絡通過以上流程協調器就建立了一個網絡并處于允許設備加入網絡的狀態，然后等待其它節點加入 網絡。二、節點加入網絡一個節點加入網絡有兩種方法，一種是通過使用MAC層關聯進程加入網絡，另一種是通過與先前指定父節點連接而加入網絡。1）通過MAC層關聯加入網絡子節點請求通過MAC關聯加入網絡進程如圖 3所示。父節點響應通過 MAC關聯加入網絡進程如圖 4所示。1、子節點發起信道掃描子節點通過NLME_NETWORK_DISCOVERY.requ原語發起加入網絡的進程，網絡層接收到這

9、個原語后 通過發起MLME_SCAN.reques原語請求MAC層執行一個主動掃描或被動掃描以接收包含了PAN標志符的信標幀，掃描的信道以及每個信道的掃描時間分別由NLME_NETWORK_DISCOVERY.reqi原語的參數 ScanChannels 和 ScanDuration 決定。2、子節點存儲各PAN信息MAC層通過MLME_BEACONNOTIFY.indication原語將掃描中接收到的信標幀信息發送到網絡層管理實 體，信標幀信息包括信標設備的地址、是否允許連接以及信標凈載荷。如果信標凈載荷域里的協議ID域與自己的協議ID相同，子設備就將每個匹配的信標幀相關信息保存在鄰居表中。

10、信道掃描完成后，MAC!通過MLME_SCAN.confirm原語通知網絡層管理實體，網絡層再通過 NLME_NETWORK_DISCOVERY.conf原語通知上層，該原語包含了每個掃描到的網絡的描述符，以便 上層選擇一個網絡加入。3、子節點選擇PAN如果上層需要發現更多網絡，則可以重新執行網絡發現，如果不需要，則通過NLME_JOIN.request原語從被掃描到的網絡中選擇一個網絡加入。參數PANID設置為被選擇網絡的 PAN標識符。4、子節點選擇父節點一個合適的父節點需要滿足三個條件：匹配的PAN標志符、鏈路成本最大為 3、允許連接，為了尋找合適的父節點，NLME_JOIN.reque

11、st原語請求網絡層搜索它的鄰居表，如果鄰居表中不存在這樣的父節點則通知上層，如果存在多個合適的父節點則選擇具有最小深度的父節點，如果存在多個具有最小深度的合適的父節點則隨機選擇一個父節點。5、子節點請求MAC關聯確定好合適的父節點后，網絡層管理實體發送一個MLME_ASSOCIATE.reques原語到MAC©，地址參數設置為已選擇的父節點的地址，嘗試通過父節點加入網絡。6、父節點響應MAC關聯父節點通過MLME_ASSOCIATE.indication原語通知網絡層管理實體一個節點正嘗試加入網絡，網絡層管理實體將搜索它的鄰居表查看是否有一個與嘗試加入節點相匹配的64位擴展地址，以便

12、確定該節點是否已經存在于它的網絡中了。如果有匹配的擴展地址，網絡層管理實體獲取相應的16位網絡地址并發送一個連接響應到MAC!。如果沒有匹配的擴展地址，在父節點的地址分配空間還沒耗盡的條件下網絡層管理實體將為嘗試加入的節點分配一個16位網絡地址。如果父節點地址分配空間耗盡，將拒絕節點加入請求。當同意節點加入網絡的請求后，父節點網絡層管理實體將使用加入節點 的信息在鄰居表中產生一個新的項，并通過MLME_ASSOCIATE.respons原語通知MACg連接成功。7、子節點響應連接成功如果子節點接收到父節點發送的連接成功信息，發送一個傳輸成功響應信息以確認接收，然后子節 點MACg將通過MLME

13、_ASSOCIATE.confirm原語通知網絡層， 原語包含了父節點為子節點分配的網內 唯一的16位網絡地址，然后網絡層管理實體設置鄰居表相應鄰居設備為它的父設備，并通過NLME_JOIN.confirm原語通知上層節點成功加入網絡。8父節點響應連接成功父節點接收到子節點的傳輸成功響應信息后，將通過MLME_COMM_STATUS.indicatior原語將傳輸成功的響應狀態發送給網絡層，網絡層管理實體通過NLME_JOIN.indication 原語通知上層一個節點已經加入了網絡。子設備APL展MLML-NLrOkK-DiyCUULR/.reqtissiPJILME-HE-LUM-NCI

14、IF find cationP.1LMENOTFrmclicijonMLkl&SON.coninriNLME-METVMODISCOERtconfiim4NLMb-.H ilM requestNLIVlE-JCINconfrm認證過程關我過程W l«A8SaCIA7E.confiin)NLVlE-SWT-ROLirER.requBstMLr/lE-3TT.itMUK5tf/lLf/lE-STT.confii7iN LN L-S7AFJ-K3JTER confim圖3子節點請求加入網絡進程圖4父節點響應加入網絡進程2）通過與先前指定父節點連接加入網絡子節點通過與指定的父節點直接

15、連接加入網絡，這個時候父節點預先配置了子節點的64位擴展地址。父節點處理一個直接加入網絡的進程如圖5所示。子節點通過孤立方式加入網絡進程如圖6所示。1、父節點處理子設備直接加入網絡父節點通過NLME_DIRECT_JOIN.request原語開始處理一個設備直接加入網絡的進程。父節點網絡層 管理實體將首先搜索它的鄰居表查看是否存在一個與子節點相匹配的64位擴展地址，以便確定該節點是否已經存在于它的網絡中了。如果存在匹配的擴展地址，網絡層管理實體將終止這個進程并告 訴上層該設備已經存在于設備列表中了。如果不存在匹配的擴展地址，在父節點的地址分配空間還 沒耗盡的條件下網絡層管理實體將為子節點分配一

16、個16位網絡地址，并使用子節點的信息在鄰居表中產生一個新的項。然后通過NLME_DIRECT_JOIN.confirm原語上層設備已經加入網絡。2、子節點連接父節點確認父子關系子節點通過NLME_JOIN.request原語發起孤立掃描來建立它與父節點之間的關系。這時網絡層管理 實體將通過MLME_SCAN.reques請求MAd對物理層所默認的所有信道進行孤立掃描，如果掃描到 父設備，MAC!通過MLME_SCAN.confirm原語通知網絡層，網絡層管理實體再通過 NLME_JOIN.confirm原語通知上層節點請求加入成功，即與父節點建立了父子關系，可以互相通 信。圖5父節點處理一個直

17、接加入網絡進程圖6子節點通過孤立方式加入網絡進程設備的MAC層向上層發送 MLME-ORPHAN.indication原語告知一個孤立設備的存在。只有ZigBee協調器或ZigBee 路由器才可以接受 MLME-ORPHAN.indication 原語，其他設備收到 MLME-ORPHAN.indication 原語時NLME將中止該過程。ZigBee協調器或ZigBee路由器收到MLME-ORPHAN.indication原語后，首 先判斷孤立設備是否是它的子設備。這個判斷過程是通過比較孤立設備與近鄰表中子設備的擴展地址來實 現的。如果ZigBee協調器或ZigBee路由器發現孤立設備是它的子設備，NLME將獲取該子設備的16位網絡地址并通過孤立響應發送給MAC子層。孤立響應時通過向MAC層發送MLME