基于ZigBee技术的传感器无线信息采集 - 图文(6)

PAN协调器是PAN网络的总控制器，它在一个PAN网络中仅能出现一次，而且必须是FFD。协调器同样也是FFD，通过发送信标完成同步服务功能，PAN协调器是协调器中的特例。IEEE 802.15.4网络中除PAN协调器和协调器之外的其他所有设备均是一般设备，可以是FFD或者RFD。RFD由于自身功能受限，完成的任务也相对简单，对于设备本身存储能力要求也低，不需要它提供大量信息传输的服务，只要保证在同一时刻和一个FFD进行关联，保障信息传输。一个FFD可以和其余的任意设备通信，无论FFD或者RFD，但是RFD却只能和FFD通信。ZigBee联盟所发布的规范中设备分别称作“ZigBee协调器”、“ZigBee路由器”、“ZigBee终端设备”[15]。

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图3.1 IEEE 802.15.4和ZigBee标准中设备角色

ZigBee网络是在网络层的功能实现下形成的，提供了两种拓扑模型：星型拓扑或点对点型拓扑[16]。无论是星形拓扑还是点对点型拓扑，ZigBee网络均是无基础设施的网络。ZigBee网络中的ZigBee协调器（PAN协调器）所实现的功能与Wi-Fi网络中的接入点（AP）完全不同[17]，这里的ZigBee协调器只是个FFD，起到网络中心控制的作用，它不仅是为对网络进行控制，还可以有自己的应用[18]。ZigBee协调器，只是根据无线网络建设的需要，同扮演ZigBee路由器以及ZigBee终端设备角色的FFD就功能上而言没有什么区别。当网络状态出现变化时，其他FFD也能在这个时候充当ZigBee协调器的角色，完成控制中心的任务。同一个网络中，每一个设备都会被分配一个64位的网路地址用以网络间设备的互相通信，事实上，PAN协调器也会为网内设备提供一个16位的短地址，这样的话，设备间同样可以使用短地址互相通信。每个PAN之间都有一个唯一的标识ID，通过这样的标识ID，网内设备之间就可以互相识别，并且利用短地址就可以进行通信，提高了传输效率，如果两个PAN使用了同一个标识ID，分属于两个不同PAN内的并且在通信范围内的设备也会进行通讯，这种情况是需要避免的[19]。 3.1.1 星型拓扑结构

图3.2所示的为星型拓扑结构，每一个设备都只能和PAN协调器通信，星型网络的一个典型案例便是一个FFD作为PAN协调器启动，并形成自己的网络，该PAN协调器所要完成的首要任务就是选择唯一的PAN标识符，唯一的反映是标识符的选择在RF覆盖范围内没有被使用，而RF覆盖范围则是指设备的射频能

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够成功的和其他射频进行通信的区域[20]。简单的说，它的目的在于避免PAN标识符与周围网络所使用的重复。

图3.2 星型拓扑结构

3.1.2 点对点型拓扑结构

在点对点型拓扑结构中，如图3.3，如果两个设备相距足够近，从而可以成功的建立通信链接的话，那么他们之间就可以直接通信。在点对点型网络中，任何FFD都能够承担PAN协调器的角色，完成PAN协调器控制中心的任务。确定哪个设备是PAN协调器的方法之一是看哪个FFD设备是最早作为PAN协调器进行通讯的。由于RFD不具备转发信息的功能，所以在点对点网络中，实现转发信息功能的设备全部为FFD[21]。然而，RFD也可以成为网络的一部分，一种特殊的设备，它只在网络（协调器或路由器）通信。

图3.3 网状拓扑结构

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如果在互相通讯的节点设备间限制条件，点对点网络就能够形成不同的形状，假如没有局限，点对点网络就成了图3.3所示的网状拓扑结构。另一种形式的网络是一个树的拓扑结构（图3.4），由ZigBee协调器的建立初始网络，ZigBee路由器组成了分支完成消息转发，而ZigBee终端设备为叶节点不执行消息路由的任务。ZigBee路由协助ZigBee协调器完成初始网络的建立以及扩展。

图3.4也展示了利用ZigBee路由器对消息进行转发能够有效地扩大网络的范围，以至于绕过障碍物，例如：设备A和B间存在着障碍物，设备A要向B发送一条信息，然而信号难以穿透障碍物，两个设备间无法完成通信。这时树状拓扑网络能够通过路由器对消息的转发来绕过障碍物，使消息最终到达设备B。这种方式也被叫做多跳，所传输的数据单元从源设备出发，经过一节点跳到下一个节点直至目的设备为止。不过，更广阔的范围必然带来潜在的消息延迟。

图3.4 ZigBee树型拓扑

不论网络基于什么样的拓扑形式，一个完整的ZigBee无线通信网络总是由一个PAN协调器所创建，PAN协调器控制网络并执行以下职责：

(1) 为所有网内设备分配唯一的网络地址（16位或64位）； (2) 初始化、终止、转发网络的消息；

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