¿Cuáles son las características del protocolo de enrutamiento zigbee?

Todos los nodos en una red ZigBee tienen dos direcciones: una dirección corta de red de 16 bits y una dirección extendida IEEE de 64 bits. La dirección de red de 16 bits se utiliza únicamente dentro de la red para mecanismos de enrutamiento y transmisión de datos. Esta dirección es asignada dinámicamente por su nodo principal cuando el nodo se une a la red. Cuando un nodo de la red permite que un nuevo nodo se una a la red a través de él, se forma una relación padre-hijo entre ellos. Todos los nodos que se unen a la red ZigBee forman un árbol lógico. Cada nodo en el árbol lógico tiene los dos parámetros siguientes:

1) Dirección de red de 16 bits. Solo es responsable de la transmisión de datos entre nodos

2) Profundidad de la red. Es decir, el número más corto de saltos desde el nodo al coordinador del nodo raíz identifica la posición jerárquica del nodo en el diagrama de topología de la red.

Cuando el coordinador establece una nueva red, primero inicializa su dirección de red de 16 bits en O e inicializa su profundidad de red en Deptg,=0.

A continuación se utiliza un ejemplo específico para ilustrar la especificación de la dirección de 16 bits asignada por el nodo principal al nodo secundario en la red ZigBee. Supongamos que un nodo Nodo (n) quiere unirse a la red. El nodo (n) primero inicia el proceso de descubrimiento de la red. Después de obtener la baliza en el canal y realizar la selección del canal, decide conectarse al nodo Nodo (k) que ya está en la red. Luego, el nodo (n) inicia una solicitud de asociación al nodo (k) para ingresar a la red.

Una vez aprobada la solicitud de asociación, el nodo (n) se unirá a la red como nodo (k), que se denomina nodo padre del nodo (n). Se puede suponer que la dirección del nodo principal Nodo (k) que ya existe en la red es

Depthk=Depthk+1.

Como

se muestra en la figura es la vista de estructura de árbol de ZigBee. Aquí se introducen tres parámetros auxiliares: el parámetro representa el número máximo de nodos secundarios que cada profundidad puede acomodar (Max Children),

representa el número máximo de enrutadores que cada profundidad puede acomodar (Max Router).

Indica la profundidad máxima de toda la red. Según la descripción anterior, las reglas para que los nodos principales de la red ZigBee asignen direcciones a nodos secundarios con profundidad de red d son las siguientes:

(1) Suponga que el nodo Nodo(n) está accediendo a su nodo principal ( es decir, un nodo sin función de enrutamiento) El enésimo nodo de dispositivo de función simplificada (RED) de , un nodo sin función de enrutamiento, entonces su nodo padre Nodo(n) asignará la dirección que se muestra en F:

( 2) Suponga que el nodo Nodo (n) es el enésimo nodo de dispositivo de función completa (FFD), es decir, un nodo con varias funciones de enrutamiento. Cuando el valor del nodo de enrutamiento es 0, ya no tiene la función de asignación. direcciones a sus nodos secundarios, es decir, el nodo de enrutamiento. No se pueden aceptar nuevos nodos para unirse a la red.

II.Análisis del protocolo de enrutamiento ZigBee

Enrutamiento

La función principal de la tecnología de enrutamiento es proporcionar la mejor ruta para que los datos lleguen al nodo de destino a través de la comunicación. subred. En el modelo de referencia OSI tradicional, la capa de red implementa funciones de enrutamiento. Los protocolos de enrutamiento son una parte importante e indispensable de la arquitectura de red autoorganizada y su función principal es descubrir y mantener rutas. Específicamente, existen los siguientes aspectos: monitorear cambios en la topología de la red, intercambiar información de enrutamiento, determinar la ubicación del nodo de destino, generar, mantener y cancelar rutas, seleccionar rutas y reenviar datos. Para lograr los objetivos de diseño de bajo costo, bajo consumo de energía y alta confiabilidad, el protocolo ZigBee utiliza una combinación de los dos algoritmos siguientes como su propio algoritmo de enrutamiento [1]

[2].

(1) AODV: Vector de distancia ad-hoc bajo demanda

(2) Algoritmo cluster-tree (enrutamiento de estructura de red de árbol)

Entre ellos

El protocolo de enrutamiento AODV es un protocolo de enrutamiento bajo demanda.

Utiliza búsqueda de anillo extendida para limitar el rango de nodos objetivo descubiertos, admite multidifusión y permite el enrutamiento dinámico y espontáneo entre nodos ZigBee, lo que permite a los nodos obtener rápidamente rutas a los destinos deseados. Este es el núcleo del protocolo de enrutamiento ZigBee. Por sus propias características, la red ZigBee adopta una versión simplificada del protocolo AODV

(AODV Junior, AODVjr [3]).

El algoritmo del árbol del clúster consta de dos partes: asignación de direcciones (configuración de direcciones) y enrutamiento de direcciones (enrutamiento de direcciones). Incluye un algoritmo para asignar una dirección corta de red de 16 bits a un nodo secundario y calcular el siguiente salto en función de la dirección de red del nodo de destino.

Como combinación de estos dos algoritmos, los nodos de una red ZigBee pueden seleccionar rutas utilizando el algoritmo de árbol de clúster basado en las relaciones padre-hijo en la estructura de árbol de la red. Es decir, cada nodo intentará reenviar el paquete de información recibido a su propio nodo subordinado. Si se descubre mediante cálculo que la dirección de destino no se encuentra entre sus propios nodos subordinados, lo reenviará. paquete de información al nodo padre del nivel superior realizará un procesamiento de juicio similar

hasta que se encuentre el nodo de destino. La característica del algoritmo de árbol de clúster es que los nodos sin funciones de enrutamiento aún pueden enviar paquetes de datos y paquetes de control comunicándose con sus respectivos nodos principales, pero su desventaja es que no es eficiente

. Para mejorar la eficiencia, ZigBee permite que los nodos con funciones de enrutamiento utilicen el algoritmo AODVjr para descubrir rutas, de modo que los nodos con funciones de enrutamiento puedan enviar información directamente a otros nodos dentro de su rango de comunicación sin tener que seguir la relación padre-hijo.

Tercero, algoritmo de enrutamiento de árbol de clúster

Clúster:

El algoritmo de enrutamiento de árbol se describe de la siguiente manera: cuando la dirección de red es A y la profundidad de la red es d, el nodo de enrutamiento (FFD) Al recibir un paquete de datos reenviado con la dirección de destino D, el nodo de enrutamiento primero determina si la dirección de destino D

es su propio

nodo secundario, y luego toma diferentes acciones según el resultado del juicio para procesar estos datos. El nodo de dirección D es hijo del nodo de dirección A si la dirección D satisface el siguiente discriminante:

Si D no está en este rango, el nodo de dirección D es el padre del nodo de dirección A.

Las medidas de reenvío de paquetes tomadas después del juicio son las siguientes:

1) Si el nodo de destino es uno de sus propios nodos secundarios, la dirección de nodo del siguiente salto será

2) Si el nodo de destino no es uno de sus propios nodos secundarios, el nodo de enrutamiento enviará el paquete de datos a su propio nodo principal para su procesamiento. Esto es similar al protocolo TCP/IP donde un enrutador envía paquetes que no existen en la entrada de la tabla de enrutamiento a su propia puerta de enlace para su procesamiento.

4. Algoritmo de enrutamiento AODVjr

El enrutamiento AODVjr es un protocolo de enrutamiento bajo demanda solo cuando el nodo de enrutamiento recibe el paquete de datos de la red y la dirección de destino del paquete de datos de la red. no en la ruta del nodo. El proceso de descubrimiento de ruta se realizará solo cuando la ruta esté en la tabla. En otras palabras, el contenido de la tabla de enrutamiento se establece según demanda y puede ser sólo una parte de toda la topología de la red.

AODVjr

En comparación con los protocolos de enrutamiento de redes cableadas, la ventaja de AODVjr

es que no necesita transmitir información de enrutamiento con regularidad, lo que ahorra algo de tiempo. recursos de la red y reduce el costo del consumo de energía de la red.

La desventaja es que solo inicia el proceso de búsqueda de ruta cuando es necesario, lo que aumenta el tiempo que tardan los datos en llegar a la dirección de destino. AODVjr es ideal para su uso en redes ZigBee donde los requisitos de datos en tiempo real son menos importantes y el ahorro de energía de la red es más importante.

El establecimiento de ruta incluye los siguientes tres pasos:

1) Descubrimiento de ruta

2) Establecimiento de ruta inversa

3) Establecimiento de ruta directa

Después de estos tres pasos, se puede establecer una ruta de transmisión efectiva desde el nodo de enrutamiento al nodo de destino. Durante el proceso de establecimiento de ruta, AODVjr utiliza 3 tipos de mensajes como información de control:

1) Solicitud de ruta (RREQ), solicitud de ruta

2) Respuesta de ruta (RREP), respuesta de ruta

3) Error de ruta (RERR), error de ruta

Los tres procesos de establecimiento de ruta se detallan a continuación.

(1) Proceso de descubrimiento de ruta

Para un nodo con capacidades de enrutamiento, cuando recibe una solicitud para enviar una trama de datos desde el nivel superior de la capa de red y la tabla de enrutamiento Cuando no hay ninguna entrada correspondiente al nodo de destino, inicia el proceso de descubrimiento de ruta. El nodo de origen primero crea un paquete de solicitud de ruta (RREQ) y lo transmite a los nodos circundantes mediante Multi.Broadcast.

Si el nodo inicia el proceso de descubrimiento de rutas, debe crear la entrada de la tabla de enrutamiento correspondiente y la entrada de la tabla de descubrimiento de rutas, y establecer el estado en descubrimiento de rutas en progreso. Cualquier nodo puede recibir un RREQ de difusión de diferentes nodos adyacentes. Después de que el nodo lo reciba, realizará el siguiente análisis:

1) Si es la primera vez que recibe este mensaje RREQ y la dirección de destino. del mensaje no tiene su propia dirección, el nodo retendrá la información de este paquete RREQ para establecer la ruta inversa y luego transmitirá este mensaje RREQ.

2) Si este mensaje RREQ ha sido aceptado anteriormente, indicando que es información redundante debido a transmisiones frecuentes por múltiples nodos dentro de la red y no contribuye al proceso de establecimiento de ruta, el nodo descartará este mensaje. .

(2) Proceso de establecimiento de ruta inversa

Cuando

los mensajes RREQ se reenvían desde el nodo de origen a diferentes destinos, los nodos que pasan a lo largo del camino deben ser Ruta inversa establecida automáticamente al nodo de origen. En otras palabras, es necesario registrar el nodo desde el que se reenvía el mensaje RREQ recibido actualmente

. Las rutas inversas se establecen registrando la dirección del vecino del primer mensaje RREQ recibido. Estas rutas inversas se mantienen durante un período de tiempo suficiente para que el mensaje RREQ se reenvíe en la red y para el

RREP resultante. El mensaje se devuelve al nodo de origen.

Cuando el mensaje RREQ finalmente llega al nodo de destino y el nodo verifica que la dirección de destino en el RREQ

es su propia dirección, el nodo de destino generará un mensaje RREP como respuesta al mensaje RREQ. Dado que se ha establecido una ruta inversa clara, no es necesario transmitir RREP. Solo necesita guiarse por la ruta inversa y unidifusión para entregar el mensaje RREP al nodo de origen.

(3) Proceso de establecimiento de ruta de reenvío

En el proceso de

reenviar el RREP al nodo de origen en modo unidifusión, cada nodo a lo largo de esta ruta Cada El nodo establecerá una ruta al nodo de destino de acuerdo con la guía de PREP, es decir, determinará el siguiente salto (siguiente salto) al nodo de dirección de destino

. El método consiste en registrar el nodo desde el que se propaga el RREP. Luego, el nodo vecino se escribe en la entrada de la tabla de enrutamiento. hasta que el RREP se transmite al nodo fuente. Eso es todo.

Se completa el proceso de establecimiento de ruta. La transferencia de datos puede comenzar entre el nodo de origen y el nodo de destino. Se puede ver que AODV es un proceso de establecimiento de enrutamiento basado en la demanda, que utiliza el control RREQ.RREP para implementar el enrutamiento de transmisión y luego unidifusión

.

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