Zigbee解析： NWK層作用

在實際應用中，對MAC及下層的直接修改較少，因此直接看比較重要的NWK層。

首先看一下NWK層的通訊方式及支援的拓撲結構：

·    協調器的NWK層為網路中每一個裝置分配一個短地址。同時NWK層會限制資料幀傳送     的跳數（Hops），這個引數通常稱為Radius，即通訊半徑。另外，通訊機制分為三種：Broadcast，Multicast和Unicast。

o  廣播時，目的地址是0xffff，PAN ID也是0xffff；任何一個裝置的APS子層可以呼叫NWK介面來傳送一個廣播資料；廣播資料不需要ACK，所有廣播資料會被協調器和路由器記錄在一個叫BTT（Broadcast Transaction Table）的表中。

o  多播時，訊息傳送到網路中具有相同Group ID的節點，即同級節點。每個節點可以屬於多個不同的Group，同時會保留這種身份記錄在多播表中。多播有兩種模式：MemberMode和Nonmember Mode，前者多播由組成員傳送訊息，後者由非成員將訊息轉發到成員節點。在Zigbee中，多播只限於資料，對命令不進行多播。

·   除了上述基本模式，還有一種Many-to-One，即多個節點向單個節點傳送資料，非常適用於WSN。只不過是所有節點（包括協調器和路由器）向Sink節點傳送資料。

接下來，看一下Zigbee中NWK支援的兩種常用拓撲：

1.Hierarchical Topology(Tree)

·    Zigbee支援樹形拓撲（即Mesh網狀拓撲的一種），特別是提供了一種叫預設分散式地址分配的方式，可以為樹形拓撲結構中每一個節點單獨分配地址，分配地址時只需要知道樹的深度和最大孩子節點數即可。這種演算法會用到一個CSkip函式，引數d表示深度，其示意圖如下：

      2.  Mesh拓撲：這種拓撲允許節點自動選擇路由，因此可以自修復路由，更加健狀，但是需要更多自行處理。

 

再接下來，看一下NWK層最最重要的功能：Route，分為以下幾個部分：

·             Route Discover：路由發現由協調器節點和路由器節點完成，它們會根據LQI（Link Quality Indicator）來評估包傳輸成功率。在這個過程中，會用到Routing　Table，Routing Discovery Table及每個節點都有一個Neighbor Table（如下表）。此外，APL層可以呼叫NLME-Route-Discoery.request原語來請求NWK實現路由發現。如果RD請求只包含一個目的地址，那就是為Unicast通訊找路由；否則如果目的地址是一個１６位的Group ID，則是多播尋路由；如果APL層沒有提供任何目的地址，那麼就是請求Many-to-one方式尋路由。對於廣播方式，不需要也不允許請求Routing Discovery。

·    Route Maintenance and Repair

最後，看一下NWK層提供的管理服務功能，這一點對於理解組網過程十分重要。主要包括網路發現、網路形成等。

·    Network Discovery：由APL層呼叫，NWK層就會利用MAC層的通道掃描來發現是否存在其它網路，掃描完成後會向APL層返回相關的引數。

·    Network Formation(生成協調器)：NWK層在收到APL的請求後，可以將一個節點設定為協調器。首先，在上一步的主動掃描後，會進行一個ED掃描，該請求是由NLME向MLME提出。根據ED掃描結果，NWK層會選擇一個Frequency　Channel和一個PAN ID。通常協調器為設定0x0000作為　它自身的MAC地址。

·    Establishing the device as a router：由APL呼叫NWK層的NLME-START-ROUTER原語來完成。

·    Joining and Leaving a network：協調器和路由器的NWK層允許其它裝置通過請求MLME並設定macAssociationPermit＝TRUE，來完成加入或者退出一個網路。當然，節點的高層可以呼叫NLME-JOIN原主來請求NWK層將節點加入到一個已經存在的網路；相反，應用層也可以呼叫NLME-LEAVE原語來離開一個網路。

·    Resetting the NWK Layer：由APL層呼叫NLME-RESET原語實現；

·    Synchronization：由NLME-SYNC原語實現，主要用於節點間同步或者從協調器或路由器提取資料。

NWK層資料幀(Frame)格式：

NWK層資料按型別分為Data和Command，格式如下：

 

其中，Command包括以下：