路由器的功能主要是:接纳其他的孤立节点加入网络,多跳路由和协助它自己孩子终端设备与它的兄弟节点和其他非兄弟节点之间的通讯。通常情况下,我们希望路由器是一直是活动的,因此它的供电必须为主电源供电。然而,当处于树形网络拓扑时,可以允许路由器间隔一定的时间被唤醒一次,通过这样来降低功耗,来达到使用电池作为电源的要求。
终端设备硬件结构不具有维持网络基础的条件,功能上也没有那个必要,因此它可以睡眠或者被唤醒,可以使用电池为其供电。一般情况下,就对存储空间的大小要求而言,终端节点是不高的。
在ZigBee网络中只支持全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)这两种设备。FFD设备可以作为任何ZigBee功能节点,可以作为协调器节点和路由节点,拥有各路由功能,因此可以作为父节点;而RFD设备只能作为终端节点,不能充当协调器和路由节点,它的任务只是将需要发送的信息发送给协调器或路由节点,它没有提供路由的能力,因此不能作为父节点,并且其与其他RFD之间的数据交换必须通过FFD的转发才能进行。此外,RFD对于存储空间的要求较小,鉴于此,我们就可以以最低的成本和最低的功耗来搭建一个的无线网络。
在协议标准中,有三种类型的网络拓扑结构,即星形网络拓扑结构、树形网络拓扑结构和网状网络拓扑结构,如下图1-2所示。
图1-2 ZigBee的三种网络拓扑结构源'自:751`!论~文'网www.751com.cn
星形网络是范围为一跳的网络,网络由很多的FFD/RFD和一个协调器构成,网络中没有路由节点,所以终端节点直接与协调器相连,因此信息转发工作就交由协调器来完成。
树形网络中,FFD节点可以有孩子节点,而RFD只能作为孩子节点。在树形网络中,隶属于同一父节点的节点之间能够进行直接的通信,也就是说处于不同分支的节点需要进行通信时,通信的路径必须沿着网络分支向上到达顶端的协调器节点然后再向下到达分支上的目标节点。这种节点的通信形式也正是其不足之处,就是通信时只有唯一的路径。
网状网络不但支持同一分支的节点间的数据传输,而且也支持在网络范围之内,具有路由路径但不具有父子关系的相邻节点间的数据传输。它的实现基于树形网络,它们的差异在于网状网络是一种点对点的网络结构,其数据的传输方式类似于接力棒的方式。其网络具有很强的自我修复能力和自我组织能力,数据可以横跨多个节点进行传输即路由能力强,可以组成具有很大的网络深度和节点个数的极其复杂的网络。该网络结构具有消息延时短,可靠性强等优势,不足之处是对存储空间有较高的要求。
星形和树型网络适合于小型的网路,并且网络中的节点位置变化很小,不需要太多的网络恢复能力。
网状网络使用网状网络架构,两点之间提供多个路由路径,自动路由功能。相比较于其他的点到点网络,网状网络优点更明显,它可以消除网络盲区,它的网络半径更大、更强的数据处理能力和更低的故障率。因此网状网络特别适用于范围广,对数据吞吐量和网络恢复能力有较高要求的场景。
1.3.3 组网方案
因为我们的应用是无线遥控器,遥控器之间不需要进行数据交换,主要的数据交换是发生在遥控器与汇聚节点之间。而且遥控器和汇聚节点之间的距离不可能太大,遥控器在网络中的位置也不会对动态性有太高的要求,于是我们选择星形网络作为本系统的ZigBee组网的网络结构。