ZigBee無線傳輸技術綜述
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1．4 應用層
ZigBee應用層由三個部分組成，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集。這服務由兩個實體實現(xiàn)：APS數(shù)據(jù)實體(APSDE)和APS管理實體(APSME)；ZigBee設備對象(ZDO)，描述了一個基本的功能函數(shù)，這個功能在應用對象、設備profile和APS之間的提供了一個接口。ZDO位于應用框架和應用支持子層之間。
每個ZigBee設備都與一個特定模板有關，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現(xiàn)。每個應用對象通過一個端點連接到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個應用對象，而241～254則是保留予未來使用。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)絡層通過兩種路由協(xié)議相互補充進行路由的發(fā)現(xiàn)與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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。樹型路由適用于節(jié)點靜止或者移動較少的場合，屬于靜態(tài)路由，不需要路由表，節(jié)省存儲資源，對于傳輸數(shù)據(jù)包的響應較快，但缺點是很不靈活，浪費了大量的地址空間，并且路由效率低。AODV協(xié)議主要適用于動態(tài)變化的網(wǎng)絡環(huán)境中，通過路由請求、路由回復等機制每次都能發(fā)現(xiàn)最新的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。但是在有的無線傳感器網(wǎng)絡中，節(jié)點被部署之后一般都不再發(fā)生移動，網(wǎng)絡拓撲的變化也很緩慢，各個傳感器節(jié)點只要把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚點。而相互之間不需要進行通信。在這樣的情況下，AODV協(xié)議就顯得太過復雜。因此，許多從事ZigBee技術的研究人員都提出相應的Cluster-Tree，AODV改進算法，下面對幾種改進算法進行簡單闡述。
(1)AODVjr是一種簡化版本的AODV，主要是考慮到ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的電池能量有限性、應用方便性等因素，而簡化了AODV的一些特點。
(2)為使簇樹路由算法在縮短時延方面有更好的效果，應該考慮鄰居節(jié)點和選擇下一跳節(jié)點是到目的節(jié)點的最短路徑的節(jié)點，這是基于Greedy算法的想法，提出了改進的Cluster-Tree算法。
(3)針對ZigBee網(wǎng)絡的Cluster-Tree算法對簇首能量要求高及節(jié)點問非最佳路由的問題，提出了Cluster-Tree路由改進算法，對簇首的選擇必須考慮到節(jié)點的剩余能量，并結(jié)合AODVjr算法來降低路由距離，進而減少轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能量損耗。
(4)通過研究ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡層的路由算法，分析了樹型路由算法和AODVjr路由算法，并在此基礎上對樹型路由算法提出了一種改進算法(ITRA)，該改進算法將節(jié)點分為兩類：一類是具有足夠的存儲空間和能力執(zhí)行AODVljr路由協(xié)議的節(jié)點，另一類是指存儲空間受限，不具有執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議能力的節(jié)點，改善了原有樹型算法的路由效率低問題和避免AODVjr算法的能量消耗和路由表問題。
(5)文中分析了無線傳感器網(wǎng)絡的特點和ZigBee協(xié)議中的Cluster-Tree路由算法，對其中的分簇方法進行了研究，在此算法的基礎上，利用節(jié)點的深度信息對算法進行了簡化，并考慮了能量均衡利用的問題，以實現(xiàn)延長網(wǎng)絡生存周期的目的。改進后的算法在延長網(wǎng)絡生存期方面比LEACH有很大提高。
(6)針對ZigBee網(wǎng)絡簇樹拓撲結(jié)構的不足，新的算法在選擇父節(jié)點時綜合考慮節(jié)點的深度、能量和負載情況，使簇樹結(jié)構有助于減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，并在負載均衡方面更加優(yōu)化。新策略在優(yōu)化簇樹結(jié)構的基礎上，充分利用本地信息和簇樹結(jié)構對ZBR策略進行改進。仿真實驗驗證，改進策略能有效減少網(wǎng)絡能耗，均衡網(wǎng)絡負載，最大化網(wǎng)絡的生存時間。
(7)針對網(wǎng)絡隨著載荷增加，數(shù)據(jù)包碰撞概率增大的情況，提出一種頻點分配算法FFD。該算法以點著色理論為基礎，結(jié)合功率控制，采用分布控制方式，使不同分簇內(nèi)部采用不同的頻點通信，以避免簇間干擾，降低碰撞概率。而簇內(nèi)通信使用小功率，使節(jié)點特別是簇頭能量得到有效利用。
3 ZigBee應用
ZigBee技術主要是嵌入在消費性電子設備、家庭和建筑物自動化設備、工業(yè)控制裝置、電腦外設、醫(yī)用傳感器、玩具和游戲機等設備中，支持小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領域中。ZigBee聯(lián)盟預測的主要應用領域包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)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技術做無線傳輸：
(1)設備成本很低，傳輸的數(shù)據(jù)量很?。?br /> (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法做到或者很困難；
(5)需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡中的設備非常多，但僅用于監(jiān)測或控制。
4 小結(jié)
本文介紹了ZigBee技術的優(yōu)點，協(xié)議棧各個層的功能，針對ZigBee低能耗問題，簡單介紹了幾種改進的路由算法，并簡單介紹了ZigBee的應用。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/155758.htm
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