臺灣博碩士論文加值系統

在 Zigbee通訊協定中，IEEE 802.15.4主要負責的是ZigBee無線傳輸的媒體存取層 (MAC Layer) 以及實體層 (PHY Layer) 部分。其後Zigbee聯盟在IEEE 802.15.4的無線標準上制訂邏輯網路和應用軟體的部分，建構了使用者應用介面及系統管理的統一規格，包含有網路層 (Network Layer, NWK) 以及應用層 (Application Support Layer, APS)，通稱 Zigbee 堆疊 (Zigbee Stack)。而本論文研究的目標則為ZigBee 網路層 (NWK) 中的路由協定實作。透由實作學習甚至改良其路由通訊協定，使其更有效率，降低無線網路負載，以及提升資料傳輸的可靠度。

As the communication protocol of Zigbee, the main responsibility of IEEE 802.15.4 is media access control layer (MAC Layer) and physical layer (PHY Layer) of Zigbee. Zigbee Alliance works out the parts of logical network and application software. It also unifies the spec. with the application interface of user and system management. The spec. includes Zigbee network layer (NWK) and Zigbee application support layer (APS), also named Zigbee stack. We address the issue above to implement the Zigbee network layer. Then, we can learn and improve the routing protocol of zigbee, make it more efficiently, reduce the load of sensor and rise the reliability of data transmission.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄索引 III
圖目錄 V
表目錄 X
第一章 緒論
1．1 論文摘要 1
1．2 研究動機 3
1．3 國內外研究現狀 3
第2章 IEEE 802.15.4 和 Zigbee
2．1 IEEE 802.15.4概述 5
2．2 IEEE 802.15.4 的媒體存取控制層 7
2．3 IEEE 802.15.4 的實體層 8
2．4 Zigbee概述 9
2．5 Zigbee通訊協定架構 12
2．6 Zigbee 的應用及發展 14
第3章 Zigbee 網路層 (Network Layer)
3．1網路層概述 16
3．2網路層架構 19
3．3網路層訊框格式 22
3．4網路層訊息 30
3．5網路層功能函式 31
3．6網路層相關表格及常數 40
3．7網路位址分配 (Network Addressing) 49
3．8網路層路由技術 (Routing) 52
第4章 Zigbee 網路層以及路由實作
4．1設計目標以及程式架構 72
4．2上層應用程式介面 76
4．3網路層路由函式流程圖 80
4．4實作硬體介紹 89
4．5實作軟體介紹 95
4．6驗證環境以及驗證流程 98
4．7研究成果 101
第5章 研究心得及未來方向
5．1研究心得 108
5．2未來方向 108
參考資料 110
圖目錄
圖2.1、IEEE 802.14.5 網路拓樸 7
圖2.2、WPAN 技術分佈圖 10
圖2.3、Zigbee 通訊協定架構 13
圖3.1、Zigbee 星狀拓樸 18
圖3.2、Zigbee 樹狀拓樸 19
圖3.3、Zigbee 網狀拓樸 19
圖3.4、Zigbee 網路層模型 19
圖3.5、Zigbee 網路層標頭格式 22
圖3.6、網路層標頭的控制欄位 24
圖3.7、網路層資料訊框 26
圖3.8、網路層命令訊框 27
圖3.9、網路層離開命令訊框 28
圖3.10、網路層離開訊框之命令選項 29
圖3.11、網路層資料訊息 30
圖3.12、網路層管理訊息 31
圖3.13、初始化建立新網路流程圖 32
圖3.14、允許子節點加入網路流程圖 34
圖3.15、網路連結流程圖 35
圖3.16、網路協調者、路由器接受其他網路節點加入網路流程圖 37
圖3.17、子節點離開網路流程圖 38
圖3.18、父節點處理子節點離開網路流程圖 39
圖3.19、Zigbee 路由表 40
圖3.20、Zigbee 路由尋找表 42
圖3.21、Zigbee 主要鄰接網路設備表 44
圖3.22、次要鄰接網路設備表 45
圖3.23、位址區塊計算公式 50
圖3.24、分散式位址配發示意 50
圖3.25、分散式位址配發範例 51
圖3.26、樹狀路由示意圖 52
圖3.27、鄰接路由示意圖 53
圖3.28、網狀路由示意圖 53
圖3.29、Zigbee 網路層基本資料路由流程圖 56
圖3.30、路由請求封包 58
圖3.31、路由請求封包的命令選項 58
圖3.32、路由要求封包氾濫 60
圖3.33、路由要求封包處理流程圖 63
圖3.34、路徑回覆封包 64
圖3.35、建立從來源節點至目的節點之雙向路徑 65
圖3.36、路由回覆封包回送至路由要求發起者 67
圖3.37、路由回覆封包處理流程圖 68
圖3.38、路徑錯誤封包 68
圖4.1、Zigbee 網路層資料訊息流架構 73
圖4.2、Zigbee 網路層控制訊息流架構 74
圖4.3、網路層函式實作範例圖 75
圖4.4、收到來自上層的資料封包 80
圖4.5、收到來自上層的廣播封包 81
圖4.6、收到自下層所通知的資料封包 83
圖4.7、收到來自下層通知的廣播封包 84
圖4.8、被動式廣播封包確認 85
圖4.9、初始化路由尋找的流程 86
圖4.10、收到下層通知的路由要求封包處理流程 87
圖4.11、收到下層通知的路由回覆封包處理流程 88
圖4.12、Zigbee 開發測試平台 (ENZO) –正面 90
圖4.13、Zigbee 開發測試平台 (ENZO) –反面 90
圖4.14、開發平台原件關係圖 91
圖4.15、MSP430F1611功能區塊圖 93
圖4.16、Chipcon CC 2420 DK 95
圖4.17、IAR 整合式開發環境 96
圖4.18、IAR 即時硬體操作及除錯環境 96
圖4.19、Chipcon 封包分析軟體介面 97
圖4.20、驗證環境配置示意圖 98
圖4.21、zigbee 多點跳躍驗證環境 101
圖4.22、網路協調者發送的訊標 102
圖4.23、主動搜尋網路所發出的訊標要求封包 102
圖4.24、節點加入網路 103
圖4.25、節點發出的廣播封包 104
圖4.26、資料路由流程 105
圖4.27、資料路由流程 106
圖4.28、磁簧開關關閉 107
圖4.29、磁簧開關開啟 107
表目錄
表2.1、IEEE 802.15.4 實體層資源分配表 9
表2.2、WPAN 技術比較表 11
表3.1、網路層資訊參數 21
表3.2、網路層訊框類型 24
表3.3、路由尋找欄位相關數值 25
表3.4、網路層命令訊框識別碼 28
表3.5、路由表狀態值 41
表3.6、鄰接網路設備表中設備類型相關數值 45
表3.7、臨接網路設備關係 46
表3.8、Zigbee 網路層常數表 48
表3.9、路徑錯誤代碼表 69
表4.1、開發平台原件表 91
表4.2、驗證環境重要預設參數 98

[1] ZigBee Allience, http://www.zigbee.org
[2] IEEE, Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) 3 Park Avenue, New York, NY10016-5997, USA, Oct 1, 2003
[3] ZigBee Allience , ZigBee Specification Ver. 1.0, June 27, 2005
[4] 黃能富, 區域網路與高速網路, 維科 1998
[5] C. E. Perkins, E. Belding-Royer, and S. R. Das. Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, http://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txt, July 2003. RFC 3561
[6] C.E. Perkins and P. Bhagwat, "Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers", Comp. Comm. Rev., Oct. 1994, pp.234-244.
[7] D. Johnson and D. Maltz. Dynamic Source Routing in ad hoc wireless networks, Chapter5, pp.153–181. Kluwer AcademicPublishers,1996.
[8] Texas Instruments, MSP430, http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?familyId=342§ionId=95&tabId=1200&family=mcu
[9] Chipcon, CC2420, http://www.chipcon.com/index.cfm?kat_id=2&subkat_id=12&dok_id=115
[10] IAR Embedded Workbench version 3.41 for TI MSP430, http://www.iar.com/index.php?show=4771_ENG&&page_anchor=http://www.iar.com/p4771/p4771_eng.php