IEEE 802 15 4網路拓撲結構及形成過程

ieee 802.15.4網路根據應用的需要可以組織成星型網路，也可以組織成點對點網路。在星型結構中，所有裝置都與中心裝置pan網路協調器通訊。在這種網路中，網路協調器一般使用持續電力系統供電，而其他裝置採用電池供電。星型網路適合家庭自動化、個人計算機的外設以及個人健康護理等小範圍的室內應用。

與星型網不同，點對點網路只要彼此都在對方的無線輻射範圍之內，任何兩個裝置之都可以直接通訊。點對點網路中也需要網路協調器，負責實現管理鏈路狀態資訊，認證裝置身份等功能。點對點網路模式可以支援ad hoc網路允許通過多跳路由的方式在網路中傳輸資料。不過一般認為自組織問題由網路層來解決，不在ieee 802.15.4標準討論範圍之內。點對點網路可以構造更複雜的網路結構，適合於裝置分布範圍廣的應用，比如在工業檢測與控制、貨物庫存跟蹤和智慧型農業等方面有非常好的應用背景。

網路拓撲的形成過程

雖然網路拓撲結構的形成過程屬於網路層的功能，但ieee 802.15.4為形成各種網路拓撲結構提供了充分支援。這部分主要討論ieee 802.15.4對形成網路拓撲結構提供的支援，並詳細地描述了星型網路和點對點網路的形成過程。

1、星型網路形成

星型網路以網路協調器為中心，所有裝置只能與網路協調器進行通訊，因此在星型網路的形成過程中，第一步就是建立網路協調器。任何乙個ffd裝置都有成為網路協調器的可能，乙個網路如何確定自己的網路協調器由上層協議決定。一種簡單的策略是：乙個ffd裝置在第一次被啟用後，首先廣播查詢網路協調器的請求，如果接收到回應說明網路中已經存在網路協調器，再通過一系列認證過程，裝置就成為了這個網路中的普通裝置。如果沒有收到回應，或者認證過程不成功，這個ffd裝置就可以建立自己的網路，並且成為這個網路的網路協調器。當然，這裡還存在一些更深入的問題，乙個是網路協調器過期問題，如原有的網路協調器損壞或者能量耗盡；另乙個是偶然因素造成多個網路協調器競爭問題，如移動物體阻擋導致乙個ffd自己建立網路，當移動物體離開的時候，網路中將出現多個協調器。

網路協調器要為網路選擇乙個惟一的識別符號，所有該星型網路中的裝置都是用這個識別符號來規定自己的屬主關係。不同星型網路之間的裝置通過設定專門的閘道器完成相互通訊。選擇乙個識別符號後，網路協調器就允許其他裝置加入自己的網路，並為這些裝置**資料分組。

星型網路中的兩個裝置如果需要互相通訊，都是先把各自的資料報傳送給網路協調器，然後由網路協調器**給對方。

2、點對點網路的形成

點對點網路中，任意兩個裝置只要能夠彼此收到對方的無線訊號，就可以進行直接通訊，不需要其他裝置的**。但點對點網路中仍然需要乙個網路協調器，不過該協調器的功能不再是為其他裝置**資料，而是完成裝置註冊和訪問控制等基本的網路管理功能。網路協調器的產生同樣由上層協議規定，比如把某個通道上第乙個開始通訊的裝置作為該通道上的網路協議器。簇樹網路是點對點網路的乙個例子，下面以簇樹網路為例描述點到點網路的形成過程.

在簇樹網路中，絕大多數裝置是ffd裝置，而rfd裝置總是作為簇樹的葉裝置連線到網路中。任意乙個ffd都可以充當rfd協調器或者網路協調器，為其他裝置提供同步資訊。在這些協調器中，只有乙個可以充當整個點對點網路的網路協調器。網路協調器可能和網路中其他裝置一樣，也可能擁有比其他裝置更多的計算資源和能量資源。網路協調器首先將自己設為簇頭（cluster header ,clh），並將簇識別符號（cluster identifier, cid）設定為0，同時為該簇選擇乙個未被使用的pan網路識別符號，形成網路中的第乙個簇。接著，網路協調器開始廣播信標幀。鄰近裝置收到信標幀後，就可以申**入該簇。裝置可否成為簇成員，由網路協調器決定。如果請求被允許，則該裝置將作為簇的子裝置加入網路協調器的鄰居列表。新加入的裝置會將簇頭作為它的父裝置加入到自己的鄰居列表中。

上面討論的只是乙個由單簇構成的最簡單的簇樹。pan網路協調器可以指定另乙個裝置成為鄰接的新簇頭，以此形成更多的簇。新簇頭同樣可以選擇其他裝置成為簇頭，進一步擴大網路的覆蓋範圍。但是過多的簇頭會增加簇間訊息傳遞的延遲和通訊開銷。為了減少延遲和通訊開銷，簇頭可以選擇最遠的通訊裝置作為相鄰簇的簇頭，這樣可以最大限度地縮小不同簇間訊息傳遞的跳數，達到減少延遲和開銷的目的

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