基于ZigBee的无线传感器网络研究

3 无线网络组网机制
3．1 建立一个新网络并将设备与网络连接
新的网络首先由协调器设备建立，启动时，协调器搜索附近其他协调器，如果没有发现协调器，它就通过发送NLME-NETWORK-FORMATIO-N．request原语启动一个新的网络建立过程。当建立网络过程开始后，协调器网络层将首先请求MAC层对协议所规定的信道，或由物理层所默认的有效信道进行能量检测扫描，设备网络层发送扫描类型参数设置为能量检测扫描的MLME_SCAN．request原语到MAC层进行信道能量检测扫描。扫描结果通过MLME_SCAN．confirm原语返回。当网络层管理实体收到成功的能量检测扫描结果后，将以递增的方式对所测量的能量值进行信道排序，并且抛弃那些能量值超出了可允许能量水平的信道，选择可允许能量水平的信道有待处理。此后网络层管理实体发送MLME_SCA-N．request原语执行主动扫描，搜索所有的ZigBee设备。为了决定用于建立一个新网络的最佳通道，网络层管理实体将检查PAN描述符确保所给定的个域网标识符不会与所选择的信道的现有标识符参数产生冲突，如果冲突那么可能从给定的信道中选择另外一个信道。如果找到了适当的通道，则将为这个新网络选择一个PAN标识符。一旦选定了PAN标识符，将选择一个等于0x0000的16位网络地址，并且设置MAC层的地址P-IB属性，将其设置为该值。分配地址后，将通过MAC层发出MLME_START．request原语开始运行新的个域网，NLME-NETWORK-FORMATION．conf-irm原语返回网络已经形成的确认。
通过NLME_PERMIT_JOINING．request原语允许其他设备与网络连接，该原语允许ZigBee协调器或路由器上层设定其MAC层连接允许标志，在一定期间内允许其他设备同网络连接。仅仅只有ZigBee协调器或路由器才能企图允许设备与网络连接，如果终端节点设备的网络层管理实体收到该原语时，则返回状态为INVALID-REQUEST的NLME_PERMIT_JOIN-ING．confirm原语。NLME_PERMIT_JOINING．re-quest原语激发网络层向MAC层发送MLME_SET．request原语完成MAC层若干属性设置，MAC层通过MLME_SET．confirm返回结果，网络层通过NLME_PERMIT_JOINING. confirm返回设置结果，允许设备同网络连接。
3．2 子设备连接网络
当网络建立并允许新设备接入时，子设备可以通过两种方式加入网络：
(1)利用MAC子层关联接入程序加入网络；
(2)通过应用层预先指派的父设备直接加入网络。
在这两种方式的基础上，协议定义了四种接入方法：关联接入、利用网络层再接入命令再接入网络、网络直接接入和以孤点方式连接或重新连接网络。
关联接入是新设备接入ZigBee网络的主要途径。关联接入过程中，请求入网的子设备首先由应用层向底层发出NLME_NETWORK_DISCOVER-Y．request原语在网络通信发起网络发现操作，在预先设定的一个或多个信道上通过主动扫描和被动扫描搜索邻居网络的信息。一旦完成主被动扫描，底层通过NLME_NET-WORK_DISCOVERY．confirm原语将邻居信息返回给应用层。应用层也可以选择重新执行网络发现命令，以便发现更多的网络。
如果不重新执行发现任务，将从发现的网络中选择一个网络进行连接，即通过发送NLME_JOIN．request原语以直接或联合方式请求连接网络，没有连接的设备会在邻居表中选择一个适当的父设备请求连接。父设备在收到关联接入请求后，首先在其邻居表中查找子设备的64位IEEE地址是否已经存在，若存在，则把对应的16位短地址分配给子设备，若不存在，则分配一个新的16为短地址给子设备，然后将该地址通过关联接入应答原语NLME_JOIN．confirm发送给子设备，同时更新其邻居表和路由表。子设备收到关联接入确认后，更新自己的16位短地址和邻居表，完成关联接入过程。