2.4.2.1. Cấu hình hình cây(hay cấu hình phân cấp):
Đối với mạng sử dụng cấu hình hình cây nhƣ trong hình 2.16, với bộ điều phối Zigbee đảm nhiệm vai trò gốc của cây. Một bộ điều phối hoặc một router Zigbee có thể hoạt động nhƣ một thiết bị cha(parent) và nhận các kết hợp từ các thiết bị khác trong mạng. Thiết bị đƣợc kết nối tới một thiết bị cha đƣợc gọi là thiết bị con(child). Các bản tin tới một thiết bị con có thể đƣợc định tuyến qua cha của nó. Một thiết bị đầu cuối Zigbee
chỉ có thể hoạt động nhƣ một thiết bị con bởi nó thiếu chức năng định tuyến. Cấu hình cây cũng đƣợc gọi là cấu hình phân cấp.
Độ sâu của mạng – depth – đƣợc định nghĩa bằng số hop tối thiểu đƣợc yêu cầu để một khung tiến tới bộ điều phối Zigbee nếu chỉ sử dụng các liên kết cha-con. Các con trực tiếp của bộ điều phối Zigbee có độ sâu là 1 bởi vì nó có thể gửi một khung tới bộ điều phối Zigbee trực tiếp với 1 hop đơn. Bộ điều phối Zigbee bản thân sẽ có độ sâu là 0. Chuẩn Zigbee cung cấp một phƣơng thức cấp phát các địa chỉ có các thiết bị trong một mạng hình cây. Phƣơng thức đó đƣợc gọi là cấp phát địa chỉ phân bổ mặc định –
default distributed address allocation. Tuy nhiên, các nhà phát triển ứng dụng đƣợc
phép sử dụng phƣơng thức cấp phát địa chỉ của riêng họ. Khi bộ điều phối Zigbee bắt đầu thiết lập mạng của nó, nếu thuộc tính nwkUseTreeAddrAlloc đƣợc thiết lập bằng TRUE, bộ điều phối sẽ sử dụng phƣơng thức cấp phát địa chỉ phân bổ mặc định. Với phƣơng thức này, bộ điều phối Zigbee cung cấp cho mỗi thiết bị có khả năng trở thành một nút cha với một khối nhỏ địa chỉ mạng. Các nút này sẽ gán những địa chỉ này cho các nút con của nó. Bộ điều phối Zigbee sẽ xác định số nút con lớn nhất đƣợc cấp phát cho mỗi nút cha. Ngƣợc lại, nếu nwkUseTreeAddrAlloc đƣợc thiết lập bằng FALSE, lớp APL sẽ cung cấp phƣơng thức đánh địa chỉ đƣợc định nghĩa bởi ngƣời sử dụng tới lớp NWK.
Phƣơng thức đánh địa chỉ mặc định đơn giản sử dụng độ sâu và số nút con lớn nhất để cấp phát địa chỉ. Các tham số ảnh hƣởng đến việc cấp phát địa chỉ gồm:
- Lm – Độ sâu lớn nhất của mạng(nwkMaxDepth).
- Cm – Số nút con lớn nhất một nút cha có thể chấp nhận(nwkMaxChildren).
- Rm – Số lƣợng lớn nhất các nút con có khả năng định tuyến mà một nút cha có
thể chấp nhận(nwkMaxRouters).
- d – Độ sâu của một thiết bị trong một mạng.
Hình 2.20 mô tả một ví dụ về một phƣơng thức đánh địa chỉ trong đó Lm=3, Cm=Rm=2.Quá trình đánh địa chỉ bắt đầu bằng việc gán địa chỉ 0(addr=0) cho bộ
điều phối Zigbee. Để xác định địa chỉ của các thiết bị còn lại trong mạng, phƣơng thức sử dụng một hàm đơn giản nhƣ sau:
Trong ví dụ hình 2.20, tại mỗi độ sâu, giá trị của Cskip(d) lại đƣợc xác định. Với mỗi độ sâu, sai khác địa chỉ của hai thiết bị có khả năng định tuyến bất kì là một số nguyên lần giá trị Cskip của nút cha của chúng. Ví dụ nhƣ trong hình 2.20, địa chỉ của thiết bị X là tăng một so với địa chỉ của bộ điều phối Zigbee(addr=1). Thiết bị Y có địa chỉ bằng địa chỉ của X cộng với giá trị của Cskip của nút cha của nó(Cship(0)=7) nên địa chỉ của Y bằng 8(addr=8). Cách xác định tƣơng tự với các thiết bị khác.
Nếu giá trị của Cship là 0, có nghĩa rằng thiết bị sẽ không thể nhận thêm bất cứ nút con nào khác. Với ví dụ trên, thiết bị có độ sâu là 3 sẽ không thể nhận thêm thiết bị
Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Chồng giao thức Zigbee/IEEE 802.15.4
con nào nữa. Vì vậy, thiết bị ở độ sâu 3 sẽ là các thiết bị đầu cuối. Địa chỉ của thiết bị đầu cuối không có khả năng định tuyến sẽ đƣợc tính khác. Địa chỉ đƣợc gán cho nó sẽ tính dựa vào phƣơng trình:
Địa chỉ của thiết bị đầu cuối thứ n = địa chỉ của cha + Cskip(d)×Rm +n.
Ví dụ trong hình 2.17. Địa chỉ của thiết bị đầu cuối kết nối tới Z sẽ có địa chỉ nhƣ sau:
Địa chỉ của thiết bị đầu cuối đầu tiên = 9 + 0×2 + 1 = 10; Địa chỉ của thiết bị đầu cuối thứ hai = 9 + 0×2 + 2 = 11;
Giá trị của hàm Cskip(d) rất hữu dụng khi một thiết bị muốn chuyển tiếp một bản tin tới nguồn dựa trên thiết bị khác. Thiết bị chuyển tiếp cần biết thiết bị nguồn có phải là một nút con cháu của nó hay không. Nếu thiết bị chuyển tiếp ở độ sâu d và địa chỉ của nó bằng A, thiết bị nguồn với địa chỉ nguồn là D sẽ là một con cháu của nó nếu điều kiện sau thỏa mãn:
A < D < A + Cskip(d-1).
Hình 2.16. Mối quan hệ cha con trong mạng hình cây.
Sau khi nhận thấy địa chỉ nguồn là con cháu của một thiết bị, bƣớc tiếp theo là tính địa chỉ của hop tiếp theo. Nếu địa chỉ nguồn là một trong những con của thiết bị, địa chỉ của hop tiếp theo đơn giản bằng với địa chỉ nguồn. Nếu không phải, địa chỉ của hop tiếp theo sẽ đƣợc tính theo phƣơng trình sau:
Hàm int trả về phần nguyên của một số. Ví dụ int(4.95)=4.
Thiết bị nguồn là thiết bị khởi tạo việc truyền một khung. Trong một cấu hình phân cấp, một thiết bị sẽ chuyển tiếp một khung chỉ khi khung đƣợc nhận với một đƣờng dẫn hợp lệ(valid path).Một đƣờng là hợp lệ chỉ khi một trong những điều kiện sau đây thỏa mãn:
- Khung đƣợc nhận từ một trong những nút con của thiết bị và thiết bị nguồn là nút cháu của thiết bị con đó.
- Khung đƣợc nhận từ một thiết bị cha và địa chỉ nguồn không phải là con cháu của thiết bị cha đó.
Cấu hình hình sao có thể đƣợc xem nhƣ là một dạng đặc biệt của một mạng hình cây trong đó chỉ có một cha duy nhât trong mạng là bộ điều phối Zigbee. Trong cấu hình hình sao, tất cả các con có độ sâu là 1 và kết nối trực tiếp với bộ điều phối Zigbee. Không có một con này đảm nhiệm chức năng của một router.
Hình 2.17. Ví dụ về phương thức cấp phát địa chỉ mặc định.
2.4.2.2. Cấu hình mắt lƣới(Mesh Topology):
Khác với cấu hình cây, trong cấu hình mắt lƣới không có mối quan hệ phân cấp. Bất cứ một thiết bị nào trong mạng mắt lƣới đều có thể liên lạc với các thiết bị khác hoặc trực tiếp hoặc sử dụng các thiết bị có khả năng định tuyến để chuyển tiếp gói tin dựa trên nguồn của bản tin. Tuyến đƣờng từ thiết bị nguồn tới đích đƣợc tạo ra dựa trên yêu cầu và có thể đƣợc thay đổi nếu môi trƣờng thay đổi. Chức năng nàylàm tăng độ tin cậy của các kết nối vô tuyến. Nếu vì một lý do nào đó mà thiết bị nguồn không thể kết nối với thiết bị đích dựa trên tuyến đƣợc thiết lập trƣớc đó, các thiết bị có khả năng định tuyến trong mạng có thể cùng kết hợp để tìm ra một tuyến khác.