Топологии сетей

В зависимости от требований приложений IEEE 802.15.4 LR-WPAN может работать в рамках одной из двух топологий: звезда или peer-to-peer (P2P). Смотри рис. 2. В случае звездообразной топологии коммуникации устанавливаются между отдельными устройствами и центральным контроллером, называемым координатор PAN (Personal Area Network). Сетевое устройство обычно ассоциируется с одним из приложений и в процессе коммуникаций является либо отправителем, либо получателем данных. Координатор PAN может быть ориентирован также на вполне определенные приложения, но он может использоваться для инициации, завершения или маршрутизации коммуникаций в сети. Координатор PAN выполняет функции первичного контролера PAN. Все устройства, работающие в сети любой топологии, снабжаются уникальными 64-битными адресами. Этот адрес может использоваться для прямых коммуникаций в пределах PAN. Координатор PAN может использовать укороченные адреса для групповой адресации сетевых устройств. Координатор PAN может быть запитан от сети переменного тока, в то время как прочие устройства часто питаются от батарей. Приложения, предпочитающие звездообразную топологию, включают в себя домашние системы автоматизации, периферийные устройства персональных компьютеров, игрушки и игры, а также различные устройства, связанные с заботой о здоровье.

Топология peer-to-peer

Звезда

Комбинированная кластерная топология

Рис. 2. Примеры топологий сети Zigbee

Приведенные выше рисунки показывают, что при необходимости можно реализовать практически любую топологическую схему.

Топология peer-to-peer (P2P) также работает с координатором PAN; однако, она отличается от звезды тем, что любые сетевые устройства могут обмениваться друг с другом, если существуют соответствующие каналы. Топология P2P позволяет формировать более сложные сетевые конфигурации, в том числе, такие как сетки. Приложения, типа промышленного управления и мониторинга, сети беспроводных сенсоров, интеллектуальное сельское хозяйство и безопасность делают данную технологию крайне привлекательной. Сеть P2P может быть в принципе самоорганизующейся и самовосстанавливающейся. Эта топология позволяет организовать и многошаговые маршруты доставки сообщений от одного сетевого устройства другому. Такие функции могут быть добавлены на более высоком уровне и не являются частью данного стандарта.

В каждой независимой PAN выбирается уникальный идентификатор. Этот идентификатор PAN позволяет осуществлять коммуникацию между устройствами сети, используя укороченные адреса. Механизм выбора идентификаторов в данном стандарте не рассматривается.

Звездообразная топология

Структура сети, построенной по схеме звезда, показана в центре рис. 2. После того как активирован FFD (Full Function Device), он может сформировать свою собственную сеть и становится Координатор PAN. Все звездообразные сети функционируют независимо друг от друга. Это достигается путем выбора идентификатора PAN, который не используется в данный момент любыми другими сетями в пределах радио досягаемости. После выбора идентификатора PAN, координатор PAN позволяет другим сетевым устройствам, как FFD, так и RFD (Reduced Function Device) подключиться к сети.

Топология P2P

В топологии P2P может обмениваться данными с любым другим устройством в пределах радио досягаемости. Одно из устройств объявляется координатором PAN, например, первое, подключившееся к каналу. Последующая структура сети строится согласно топологии P2P и имеется возможность введения определенных топологических ограничений.

Примером использования коммуникаций P2P является кластерное дерево. Сеть типа кластерное дерево является частным случаем сети P2P, в которой большинство устройств являются FFD. Устройства RFD подключаются к кластеру в качестве оконечных приборов, так как RFD не позволяют соединяться с другими устройствами. Любой FFD может действовать как координатор и осуществлять синхронизацию других устройств или других координаторов. Только один из этих координаторов может выполнять функцию главного координатора PAN, который может иметь большие вычислительные ресурсы, чем все прочие устройства в сети PAN. Координатор PAN образует первый кластер путем выбора неиспользуемого идентификатора PAN и широковещательной рассылки маркерных кадров (beacon - маяк) соседним устройствам. Необходим механизм соревновательного разрешения конфликтов, если два или более FFD одновременно пытаются стать координаторами PAN; однако, такие механизмы не рассматриваются в данном стандарте. Устройство-кандидат, получив кадр-маяк (beacon frame) может запросить подключение к сети у координатора PAN. Если координатор PAN разрешит такое присоединение, он добавит новое устройство в качестве дочернего в свой список соседей. Затем вновь подключенное устройство добавит координатор PAN в качестве своего прародителя в свой список соседей и начинает периодическую передачу пакетов-маяков; другие устройства-кандидаты могут подключиться к сети позднее. Если исходное устройство-кандидат не может подключиться к сети через координатор PAN, оно будет искать другое устройства-прародитель.

Простейшей формой сети типа кластерное дерево является изолированная кластерная сеть, но возможно объединение нескольких или множественных сетевых кластеров (смотри низ рис. 2). Раз заданные требования сети или приложения удовлетворены, первый координатор PAN может указать другому устройству стать координатором PAN нового кластера, смежного с первым. Прочие устройства постепенно подключаются и образуют мультикластерную сетевую структуру. Преимуществом мультикластерной структуры является возможность расширения области покрытия, недостатком - увеличение задержки доставки сообщения.

Информация получена с сайта http://book.itep.ru/4/41/zigbee.htm#1 статья Семенова Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ)