《電子技術應用》
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ZigBee無線路由協(xié)議ZLGnet

2011-04-19
作者:廣州致遠電子有限公司
來源:來源:電子技術應用2011年第2期

    ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式,蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源的位置,、距離和方向等信息,,ZigBee技術模仿蜜蜂通過跳舞來傳遞信息的方式,通過相鄰網(wǎng)絡節(jié)點之間信息的接力傳遞,,將信息從一個節(jié)點傳輸?shù)竭h處的另外一個節(jié)點,。
    ZigBee聯(lián)盟制定了ZigBee協(xié)議棧的規(guī)范,各個無線廠商根據(jù)自己的硬件平臺和應用環(huán)境,,編寫自己的ZigBee協(xié)議棧,。
    本文介紹一種實際工程的ZigBee對等網(wǎng)絡協(xié)議棧的開發(fā)過程。
1 一般路由測試方法
    無線路由協(xié)議一般是按照以下方式進行路徑查找的:由源節(jié)點發(fā)出廣播的路徑查找請求,,在網(wǎng)絡中傳播,,到達目標節(jié)點之后,目標節(jié)點選擇一個最佳路徑(中間節(jié)點也做最佳路徑的篩選),,返回給源節(jié)點,。路由查找過程如圖1所示。

2 無線網(wǎng)絡協(xié)議棧一般開發(fā)過程
    一個無線網(wǎng)絡協(xié)議棧的開發(fā),,需要一個詳細的規(guī)劃,,完成路由算法的設計、代碼實施,、硬件平臺的搭建,、測試方法的選擇和實施等,下面逐一介紹,。
    (1)路由算法
    無線路由協(xié)議需要考慮兩個因素:速度和穩(wěn)定性,。查找路徑時,有時收到一個時間非??斓膽?,但是這并不一定是最佳的路徑,有可能是查找路由表的瞬間兩點之間,,信號剛好達到臨界信號強度(即“超常發(fā)揮路徑”),,接下來傳輸數(shù)據(jù)的時候,恢復障礙物之后,,信號又不能達到之前的速度,,這在有移動遮擋物的時候,特別容易出現(xiàn),,如圖2所示,。“超常發(fā)揮路徑”判斷的依據(jù)是接收信號強度。

    最短路徑和最佳信號質量的結合,才是最佳路徑,,在實際應用中,,還需要預留一條備用路徑,即次佳路徑,。如圖3所示,。

    (2)測試開發(fā)過程
    按照路由算法實施代碼之后,需要進行小規(guī)模的測試,,因為早期優(yōu)化更改比較多,,需要每個節(jié)點進行更新,因此最好在小范圍內(nèi)操作,,改變拓撲結構進行測試也方便,。這個測試環(huán)境還必須很穩(wěn)定,節(jié)點之間的信號不要變化太大,,否則早期測試的時候會引入很多的變量,,測試快要結束的時候,才可以放入嘈雜的環(huán)境,,進行穩(wěn)定性測試,。
    如圖4所示,測試節(jié)點懸掛在通道的兩側,,離地面2 m左右,,彼此間的通訊不會因為人的走動而干擾,每個節(jié)點由電線供電,,也有獨立的電源開關,,可以關掉其中的任意一個,制造節(jié)點損壞的現(xiàn)象,。

    如圖 5所示,,在測試時,可以查找到達某個目標節(jié)點的路徑地址和路由級數(shù),,在拓撲結構圖上即可看是否是最優(yōu)的路徑。通過此表,,還可以查看整個路徑中最差信號強度以及節(jié)點號碼,,通過此號碼,我們可以判斷哪些節(jié)點之間的信號最差,,為改善網(wǎng)絡整體鏈路通信質量提供一個簡便的定位方法,。

    (3)拉遠及穩(wěn)定性測試
    這一階段進行大規(guī)模、干擾性測試,,主要包括:
    · 增加移動障礙物,,影響節(jié)點之間的信號質量;
    · 增加同頻段信號干擾;
    · 長時間路由查找成功率測試,。
3 ZLGnet性能參數(shù)
    ZLGnet在無線路由中的實際測試效果如表1所示,。

    按照每級1 km計算(20 dbm輸出模塊ZICM2410P2在7 dbi天線下可靠視距通訊距離1.5 km),默認20級路由可以實現(xiàn)40 km(前后20 km)覆蓋,。
    無線路由協(xié)議設計還包括其他很多方面的內(nèi)容,,如路徑節(jié)點丟失報告機制,路徑表的老化和更新,,底層重傳次數(shù)的最佳選擇,,要做好一個無線路由協(xié)議棧,需要做大量路由決策及測試分析,,但是相信隨著對環(huán)境變量的增加,,測試環(huán)境的更多變化,ZLGnet將會越來越完善穩(wěn)定,。

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