2.1.8.1. Quá trình hoạt động của Coordinator.
Hình thành một mạng
Coordinator thì chịu trách nhiệm cho việc lựa chọn kênh, PAN ID (16 bit và 64 bit), chính sách bảo mật, và hồ sơ ngăn xếp cho một mạng. Vì coordinator là loại thiết bị duy nhất mà có thể bắt đầu một mạng, mỗi mạng ZigBee phải có một coordinator. Sau đó coordinator đã bắt đầu một mạng, nó có thể cho phép những thiết bị mới kết nối vào mạng. Nó cũng có thể định tuyến những gói dữ liệu và giao tiếp với những thiết bị khác trong mạng.
Để chắc chắn coordinator bắt đầu trên một kênh tốt và không dùng đến PAN ID, coordinator thực hiện một đợt quét khám phá bất kỳ sự hoạt động RF trên những kênh khác (quét năng lƣợng) và khám phá ra bất kỳ PAN hoạt động gần đó (quét PAN).
Lựa chọn kênh
Khi bắt đầu một mạng, coordinator phải lựa chọn một kênh “tốt” cho mạng để hoạt động. Để làm đƣợc điều này, nó thực hiện một quét năng lƣợng trên nhiều kênh (tần số) để tìm ra những mức năng lƣợng trên mỗi kênh. Những kênh với những mức năng lƣợng thừa thì đƣợc loại bỏ khỏi danh sách các kênh tiềm năng để bắt đầu.
38 Lựa chọn PAN ID
Sau khi hoàn thành quét năng lƣợng coordinator quét danh sách những kênh tiềm năng (những kênh còn lại sau khi đã quét năng lƣợng) để thu đƣợc một danh sách các PAN láng giềng. Để làm đƣợc điều này, coordinator gửi một báo hiệu yêu cầu truyền (quảng bá) trên trên mỗi kênh tiềm năng. Tất cả các coordinator và router ở gần (mà đã tham gia một mạng) sẽ phản hồi báo hiệu yêu cầu bằng cách gửi một báo hiệu trở lại coordinator. Báo hiệu này chứa thông tin về PAN về thiết bị ở trong mạng, bao gồm định danh PAN (16 bit và 64 bit). Qúa trình quét này là điển hình đƣợc gọi là một quét chủ động hoặc quét PAN.
Sau khi coordinator hoàn thành việc quét kênh và quét PAN, nó lựa chọn một kênh ngẫu nhiên và không sử dụng PAN ID 16 bit để bắt đầu
Dữ liệu ổn định
Một khi coordinator bắt đầu một mạng, nó sẽ giữ thông tin sau thông qua chu kỳ năng lƣợng hoặc sự kiện reset.
+ PAN ID.
+ Hoạt động của kênh.
+ Chính sách bảo mật và giá trị bộ đếm khung.
+ Bảng con (Chứa địa chỉ của các end device hoặc router kết nối với coordinator)
Coordinator sẽ giữ vô thời hạn thông tin này cho đến khi nó rời mạng. Khi coordinator rời một mạng và bắt đầu một mạng mới, PAN ID trƣớc, kênh hoạt động, dữ liệu bảng con thì mất dẫn tới mạng cũ sẽ mất và các thiết bị trong mạng nhƣ router và end device sẽ tìm kiếm và tham gia vào mạng mới.
2.1.8.2. Quá trình hoạt động của Router.
Router phải tìm ra và kết nối vào một mạng hợp lệ trƣớc khi họ có thể tham gia trong một mạng ZigBee. Sau khi router đã kết nối vào một mạng, nó có thể cho phép những thiết bị mới kết nối vào mạng. Nó cũng có thể định tuyến những gói tin dữ liệu và giao tiếp với những thiết bị khác trên mạng.
39 Khám phá ra mạng ZigBee
Để tìm ra những mạng ZigBee, router thực hiện một sự quét PAN, giống nhƣ coordinator làm khi nó bắt đầu một mạng. Trong thời gian quét PAN, router gửi một yêu cầu báo hiệu truyền trên kênh đầu tiên trong danh sách những kênh quét của nó. Những coordinator gần đó và những router hoạt động trên những kênh này phản hồi các yêu cầu báo hiệu bằng cách gửi một báo hiệu trở lại router. Báo hiệu bao gồm thông tin về PAN và những thiết bị lân cận ở trên đó, bao gồm định danh PAN, có hay không kết nối đƣợc cho phép. Router sẽ ƣớc lƣợng mỗi tín hiệu nhận đƣợc trên kênh để thực hiện nếu một PAN hợp lệ đƣợc tìm thấy. Router đƣợc coi là một PAN hợp lệ nếu PAN:
+ Có một PAN ID 64 bit hợp lệ. + Có hồ sơ ngăn xếp đúng. + Đƣợc phép kết nối.
Nếu một PAN hợp lệ mà không tìm thấy, router sẽ thực hiện quét PAN trên kênh tiếp theo trong danh sách các kênh quét của nó và tiếp tục quét cho đến khi một mạng hợp lệ đƣợc tìm thấy, hoặc cho đến khi tất cả kênh đã đƣợc quét. Nếu tất cả kênh đã đƣợc quét và một PAN hợp lệ thì không đƣợc tìm ra thì tất cả các kênh sẽ đƣợc quét lại.
Tham gia một mạng
Một khi router tìm ra một mạng hợp lệ, nó sẽ gửi một yêu cầu liên kết đến thiết bị này gửi một báo hiệu hợp lệ yêu cầu kết nối vào một mạng.
Khi một router tham gia vào một mạng, nó nhận một địa chỉ 16 bit từ thiết bị cho phép nó tham giam. Địa chỉ 16 bit là lựa chọn ngẫu nhiên bởi thiết bị mà cho phép tham gia.
Dữ liệu ổn định
Một khi router đã tham gia vào một mạng, nó vẫn giữ lại các thông tin sau thông qua các chu kỳ điện hoặc thiết lập lại các sự kiện:
+ PAN ID
40
+ Chính sách bảo mật và các giá trị khung truy cập.
Router sẽ vẫn duy trì thông tin này vô thời hạn cho đến khi nó dời khỏi mạng. Khi một router dời một mạng, PAN ID trƣớc, kênh hoạt động, và dữ liệu bảng con thì mất.
2.1.8.3. Quá trình hoạt động của End Device.
Tƣơng tự nhƣ những router, những end device cũng phải khám phá và kết nối một mạng ZigBee hợp lệ trƣớc khi họ có thể tham gia trong một mạng. Sau khi một end device đã đƣợc tham gia một mạng, nó có thể giao tiếp với những thiết bị khác trong mạng. Khi những end device đƣợc dự định chạy bằng pin và bởi vì hỗ trợ chế độ năng lƣợng thấp, end device không thể cho phép các thiết bị khác kết nối với nó, cũng nhƣ không thể định tuyến những gói dữ liệu.
Khám phá mạng ZigBee
Những end device đi qua các quá trình giống nhƣ những router tìm ra mạng bằng cách phát hiện một PAN quét. Sau đó gửi quảng bá truyền yêu cầu báo hiệu, end device nghe trong khoảng một thời gian ngắn để mà nhận báo hiệu gửi bởi những router và coordinator gần đó trên những kênh giống nhau. End device định giá mỗi báo hiệu nhận đƣợc trên kênh để xác định nếu một PAN hợp lý đƣợc tìm thấy. Một end device xem xét một PAN là hợp lý nếu PAN:
+ Có một PAN ID 64 bit hợp lý. + Có một hồ sơ ngăn xếp chính xác. + Đƣợc cho phép tham gia.
+ Có dung lƣợng chứa thêm end device.
Nếu một PAN hợp lệ không tìm thấy, end device thực hiện quét PAN trên kênh tiếp theo trong danh sách kênh quét của nó và tiếp tục quá trình này cho đến khi một mạng hợp lệ đƣợc tìm thấy, hoặc cho đến khi tất cả các kênh đã đƣợc quét. Nếu tất cả các kênh đã đƣợc quét và một PAN hợp lệ không đƣợc tìm ra, end device có thể vào trạng thái ngủ năng lƣợng thấp và quét lại sau. Để đáp ứng yêu cầu của liên minh ZigBee, end device sẽ cố gắng quét lên đến 9 lần/phút trong khoảng 5 phút đầu tiên, và sau đó quét 3 lần/phút.
41 Tham gia một mạng
Một khi thiết bị khám phá ra một mạng hợp lệ, nó tham gia vào mạng, tƣơng tự nhƣ một router, bằng cách gửi một yêu cầu liên kết để yêu cầu một tham gia trên mạng ZigBee. Thiết bị cho phép tham gia thì gửi một khung phản hồi liên kết cái mà hoặc cho phép hoặc là từ chối tham gia.
Khi một end device tham gia vào mạng, nó nhận một địa chỉ 16 bit từ thiết bị cho phép tham gia. Địa chỉ 16 bit là lựa chọn ngẫu nhiên bởi thiết bị mà cho phép nó tham gia.
Sức chứa end device
Những router và coordinator duy trì một bảng tất cả các thiết bị mà đã tham gia đƣợc gọi là bảng con. Bảng này thì độ lớn có hạn và xác định bao nhiêu end device có thể tham gia. Nếu một router hoặc coordinator có ít nhất một mục không sử dụng trong bảng con của nó, thì thiết bị đó có sức chứa end device. Nói cách khác, nó cho phép một hoặc thêm nhiều end device đƣợc tham gia. Mạng ZigBee nên có dủ số router để đảm bảo đủ sức chứa end device.
Dữ liệu ổn định
End device có thể dữ lại PAN ID của nó, kênh hoạt động, và chính sách bảo mật thông tin thông qua một chu kỳ năng lƣợng. Tuy nhiên, vì end device phụ thuộc rất nhiều vào một phụ huynh, end device thực hiện một quét đơn để thử và liên lạc phụ huynh của nó. Nếu end device không nhận một phản hồi quét đơn, nó sẽ dời mạng, và thử lại khám phá và tham gia mạng mới. Khi một end device dời một mạng, PAN ID cũ và kênh hoạt động sẽ mất.