ZigBee无线路由协议ZLGnet

　　ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，ZigBee技术模仿蜜蜂通过跳舞来传递信息的方式，通过相邻网络节点之间信息的接力传递，将信息从一个节点传输到远处的另外一个节点。
    
　　ZigBee联盟制定了ZigBee协议栈的规范，各个无线厂商根据自己的硬件平台和应用环境，编写自己的ZigBee协议栈。
    
　　本文介绍一种实际工程的ZigBee对等网络协议栈的开发过程。

　　1 一般路由测试方法
    
　　无线路由协议一般是按照以下方式进行路径查找的：由源节点发出广播的路径查找请求，在网络中传播，到达目标节点之后，目标节点选择一个最佳路径（中间节点也做最佳路径的筛选），返回给源节点。路由查找过程如图1所示。

　　2 无线网络协议栈一般开发过程
    
　　一个无线网络协议栈的开发，需要一个详细的规划，完成路由算法的设计、代码实施、硬件平台的搭建、测试方法的选择和实施等，下面逐一介绍。
    
　　(1)路由算法
    
　　无线路由协议需要考虑两个因素：速度和稳定性。查找路径时，有时收到一个时间非常快的应答，但是这并不一定是最佳的路径，有可能是查找路由表的瞬间两点之间，信号刚好达到临界信号强度（即“超常发挥路径”），接下来传输数据的时候，恢复障碍物之后，信号又不能达到之前的速度，这在有移动遮挡物的时候，特别容易出现，如图2所示。“超常发挥路径”判断的依据是接收信号强度。

　　最短路径和最佳信号质量的结合，才是最佳路径，在实际应用中，还需要预留一条备用路径，即次佳路径。如图3所示。

　　(2)测试开发过程
    
　　按照路由算法实施代码之后，需要进行小规模的测试，因为早期优化更改比较多，需要每个节点进行更新，因此最好在小范围内操作，改变拓扑结构进行测试也方便。这个测试环境还必须很稳定，节点之间的信号不要变化太大，否则早期测试的时候会引入很多的变量，测试快要结束的时候，才可以放入嘈杂的环境，进行稳定性测试。
    
　　如图4所示，测试节点悬挂在通道的两侧，离地面2 m左右，彼此间的通讯不会因为人的走动而干扰，每个节点由电线供电，也有独立的电源开关，可以关掉其中的任意一个，制造节点损坏的现象。

　　如图 5所示，在测试时，可以查找到达某个目标节点的路径地址和路由级数，在拓扑结构图上即可看是否是最优的路径。通过此表，还可以查看整个路径中最差信号强度以及节点号码，通过此号码，我们可以判断哪些节点之间的信号最差，为改善网络整体链路通信质量提供一个简便的定位方法。

　　(3)拉远及稳定性测试
　　这一阶段进行大规模、干扰性测试，主要包括：
　　· 增加移动障碍物，影响节点之间的信号质量；
　　· 增加同频段信号干扰；
　　· 长时间路由查找成功率测试。

　　3 ZLGnet性能参数
    
　　ZLGnet在无线路由中的实际测试效果如表1所示。

　　按照每级1 km计算（20 dbm输出模块ZICM2410P2在7 dbi天线下可靠视距通讯距离1.5 km），默认20级路由可以实现40 km（前后20 km）覆盖。
    
　　无线路由协议设计还包括其他很多方面的内容，如路径节点丢失报告机制，路径表的老化和更新，底层重传次数的最佳选择，要做好一个无线路由协议栈，需要做大量路由决策及测试分析，但是相信随着对环境变量的增加，测试环境的更多变化，ZLGnet将会越来越完善稳定。