СТА 2009-2

стандарта IEEE 802.15.4 может иметь одну из двух топологий: звёздную, по казанную на рис. 7 а , или одноранговую (« равный с равным»), показанную на рис. 7 б . Все устройства в сети независимо от топологии должны иметь уникальный 64 битовый расширенный адрес. Этот адрес используется для коммуникации в пределах сети или может быть изме нён на короткий 16 битовый адрес, вы деляемый координатором в процессе подключения устройств к сети. Коор динатор может быть подключён к сети питания, а остальные сетевые устрой ства могут иметь батарейное питание. Одноранговая сеть также имеет коор динатора, однако она отличается тем, что любое устройство может обмени ваться данными с любым другим, если оно находится в зоне досягаемости ра диосвязи, в то время как в звёздной то пологии любое устройство может взаи модействовать только с координатором. Отметим, что одноранговая сеть полу чается всегда дороже, поскольку она со держит только полнофункциональные устройства, но благодаря этому она поз воляет организовывать сети более слож ной топологии, в том числе ячеистые. Большинство промышленных прило жений требуют применения одноранго вых сетей. К ним относятся управление и мониторинг, сенсорные сети, отсле живание местоположения имущества и товара, «интеллектуальное» сельское хозяйство, системы безопасности. Од норанговые сети могут быть специали зированными, самоорганизующимися и самовосстанавливающимися. Они позволяют передавать информацию между узлами сети независимо от рас стояния между ними, используя проме жуточные узлы в качестве ретранслято ров. Эти функции выполняются уров нем приложений модели OSI. Несколько сетей могут взаимодей ствовать друг с другом. Для этого каж дая сеть должна иметь уникальный се тевой идентификатор. Благодаря ему внутри сети могут использоваться сок ращённые адреса. Поэтому полный ад рес устройства для доступа извне (из другой сети) состоит из адреса сети и короткого адреса устройства. Базовая структура сети звёздной топо логии показана на рис. 7 а . После перво го включения полнофункционального сетевого устройства оно может органи зовать свою собственную сеть и стать се тевым координатором. Все сети звёзд ной топологии функционируют незави симо одна от другой. Это достигается выбором сетевого идентификатора, ко торый не используется другими сетями, находящимися в пределах радиуса действия данной сети. После выбора се тевого идентификатора координатор может принять в состав сети другие уст ройства, как FFD, так и RFD. В одноранговой сети (рис. 7 б ) каждое устройство может взаимодействовать с любым другим устройством, находя щимся в пределах его радиуса действия. Одно из устройств назначается коорди натором, например то, которое первым включено в сеть. При дальнейшем рас ширении сети можно отойти от одно ранговой топологии и создать гибрид ную топологию, в которой будут содер жаться и устройства с сокращённой функциональностью. Примером применения одноранго вой коммуникации между устройства ми может быть кластерное дерево ( рис. 8). Кластерное дерево является специальным случаем одноранговой сети, в которой большинство устройств являются полнофункциональными. Устройства с сокращённой функцио нальностью могут быть подключены к кластерному дереву только как оконеч ные узлы на концах ветвей, поскольку они могут быть подключены только к одному полнофункциональному уст ройству. Одно (любое) из полнофунк циональных устройств в сети должно играть роль сетевого координатора и обеспечивать синхронизацию с други ми устройствами. Сетевой координатор должен иметь повышенные вычисли тельные ресурсы. При формировании сети типа клас терного дерева сетевой координатор назначает себя главой первого кластера ( CLaster Head – CLH), присваивает своему кластеру идентификатор 0 (Clus ter IDentifi er – CID, CID=0) и в ы б и р а е т идентифи катор всего формируе мого клас терного де рева. После этого коор динатор посылает всем соседним уст ройствам широковещательную коман ду с маячковым фреймом. Устройства, получившие маячок, могут запросить разрешения присоединиться к форми руемому кластеру. Если сетевой коор динатор разрешает присоединение, он добавит новое устройство в свой список соседних устройств. Затем вновь при соединившееся устройство добавит CLH в качестве родительского устрой 97 СТА 2/2009 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Координатор Координатор Кластеры 1 2 3 4 0 5 6 7 8 0 CLH1 CLH2 CLH3 CLH5 CLH4 CID=0 CID=1 CID=2 CID=3 CID=4 CID=5 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 а б Рис. 8. Пример сети с топологией кластерного дерева (ветви указывает отношения подчинённости, а не каналы связи) Рис. 7. Звёздная (а) и одноранговая (б) топологии сети (чёрный круг – полнофункциональное устройство FFD, белый круг – устройство с сокращённой функциональностью RFD) © СТА-ПРЕСС