数字网络技术论文

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数字网络技术论文范文第1篇

1.1Internet在电子商务中的应用

Internet作为计算机时代的象征，为电子商务的发展提供了平台，从ipv4到ipv6的实施，以及个人计算机的扩张化，如手机、平板电脑的发明，使得网络上的电子交易变得更加容易，个人计算机的大发展推动了电子商务的发展。

1.2web技术在电子商务中的应用

Web服务器已经在Internet上得到了巨大的普及，它通过http协议来传递和检索html文件。Web浏览器通过Web服务器上获取消费者以及卖家等的相关信息，经过相关处理后，以静态和交互方式呈现在计算机用户眼前。web页面也可以通过动画视频嵌入方式进行优化，计算机语言的轻量化推动Web页面数量和质量的发展。电子商务作为一种商务模式，在进行业务交易过程中，商家与客户的磋商、签约以及第三方等的认定都需要在Web浏览器上进行。

1.3数据库在电子商务中的应用

数据库具有巨大的储存能力，可以将客户、供应商、物流分配等信息储存在数据库中，并且对数据可以进行删除、剪切、更新、保存等。使用者可以方便、高效的利用数据库为他们服务，数据库的数据共享、减少数据的冗余度、数据应用的独立性、数据的一致性、可维护性以及数据集中控制等特点，给电子商务的发展提供了便利条件。

1.4电子支付技术在电子商务的应用

电子支付技术是利用计算机、互联网以及相关软件为收购商品进行付费的技术。它可以让客户足不出户就可以完成支付业务，节省了交通等费用又方便快捷。电子支付方式分为三种类型分别为：电子货币、电子支票、以及电子信用卡等。

1.5信息安全技术在电子商务中的应用

计算机之间的网络通信协议通常采用传输控制协议/因特网互联协议（TCP/IP协议），网络的服务器也多为Unix或Windows操作系统，又由于TCP/IP和Unix都是以开放性著称的，因此存在很大的安全隐患。近些年，信息安全技术运用和发展为电子商务带来了安全保障，苹果公司的移动操作系统（IOS）由于采用全缓存技术，因此其安全性能较好，而现在普及的安卓系统则安全需要进一步优化。

1.6数据挖掘技术在电子商务中的应用

数据挖掘技术，将相关有效信息进行整理收集、处理、评估和表示等，然后对被分析的对象进行分类、聚类、分析关联性、作出预测以及相关的偏差检测等。随着数据挖掘技术的不断发展主要包括理论和技术发展如数据处理，模式发现和分析，客户可以更加方便的在网络上进行电子商务交易了。

2网络技术在电子商务应用中的展望

网络技术在电子商务中无处不在，消费者可以通过Internet检索所需要的物品，供应商也可以查看检索历史，了解客户的需求。随着网络的进一步的发展，如云计算的发展，高速宽带的发明，以及先下的4G业务的开展，将极大的推动大数据量快速流动，进一步促进电子商务模式多样化。

3结语

数字网络技术论文范文第2篇

近些年来，已经占领电视传播技术核心舞台的信息传输工艺系把图形和语音等相关信息依托模拟信号实施传输的操作过程。此类传播模式很难保证传输质量的稳定，所以，此种原始的影像传播技术已远远落后于现今时代人们对TV视觉效果的需求。网络数字化技术是对信息化传输工艺的突破。电视影像播放所依赖的信号传播一改由过去的模拟信号而转换成了数字信号，大大地改善了信息资料的传播模式，其能够给电视观众带来更好的功能服务，并且优化影像品质，增强顾客的多维立体声感受。基于这些，于现时阶段，网络数字型TV信息传播工艺已开拓出了极大的运用空间，且越来越站稳了行业市场。此项工艺系把网络功能当做运行平台，其对TV信号实施数字型调控，并且依托数字型的独特优势使电视播放质量跨入了一个崭新的时代。

2网络数字型广播TV的优越特征

2.1网络数字型TV的独特品质

（1）数字型的利用趋势

依托信息工艺技术的持续创新，TV信息传播技术亦从以往的模拟化模式转向了数字化模式。数字型技术，其所依托的信息传播方式和信息品质均存在着极大的强势要素。它是科学技术高度发展的新型产物，其技术给电视播放带来的高质量及高效果是当今时期人们所有目共睹的。数字型信号依托其独到的品质而显示出奇特的信号传播稳定性，即指其对周边事物和其他信号显示出明显的无关联性。也就是说它对外界信号有很好的屏蔽作用。所以，本着满足观众对优异品质、高传播效率、精彩逼真TV影像渴望的目的,我们必须大力发展具有优秀品质和高超效能的数字型广播电视工艺技术。

（2）网络型的运用方向

网络型IT技术在我国近几年各个领域中获取了极为普遍的运用，人们已经完全适应于网络世界给他们生活、学习等各方面带所来的舒适、快捷、高效的感受，不管是人手具备的移动通讯，还是汽车等交通工具的定位导航功能，无一不是网络技术带来的高科技成果。收看电视节目播放，它已成为人们精神生活的重要组成部分和主要生活方式。同时它还是人们获取生存技术和其他相关资料的主要渠道。另外，它还担负着充当政府口舌、宣传党和国家的重要方针政策、实施社会讯息大交流、开展信息共享等重要职能。所以，现在我们非常有必要把这一具有迅捷、平稳功能的网络IT平台运用到TV传输技术之中，把无处不在、无时不有的网络系统当做TV信息传输的有力载体，它可以大力推动TV技术的拓展进程，进一步扩大TV节目的覆盖面积。另外，网络传播平台的有效运用，能够给消费者带来更优质的精彩节目信息，提升国民的生活品位。

2.2网络数字型TV工艺技术的利用优势

（1）信息资源的高效获取和共同享用

网络数字型TV工艺技术能够完全依托网络独特优越功能，把最新的讯息凭借IT网络传递，之后再依托TV影像、声响工艺技术及时、清晰地转传给观众的视觉、听觉感受之中。从而使观众收取到最新的价值信息，切实地实现社会信息的高效共享及广泛的利用，体现了快捷高效的时代脉搏。

（2）信息资源的整合提炼

由于历史的TV技术属于凭借模拟信号实施传播，此类传播工艺较严重的先天性缺陷即为它的模拟信号强度无法通过人工实施合理的调控，没有恰当的办法对其进行剪裁。然而，数字型TV技术即可完全依托数字型控制。在实施TV节目播放以前，运用IT网络工艺提取出所需要的相关讯息，尔后，依托数字型工艺技术对其实施整合及提炼，从而取得最有意义的资讯。再有，还能够进行最大限度的整理已编辑的讯息，优化视频品质，完善视频效果。

3网络数字型TV工艺技术的运用过程

该项先进的讯息数字型传播过程，其基本是在依托网络IT技术平台的基础上，对所收集到的各类相关讯息实施数字型整合、提炼处理，之后以数字型的模式进行网络传播，最终达到数字型TV的播放结果。详细的操作过程为：于网络服务器内部编制本身自有的服务器网点，再于网络的站点中设置TV服务器，切实保证TV在实施网络数字型运行时能够在很大程度上改善传播效果。而后再对TV服务器实施远程设置，包括一些使用和娱乐需求。之后，依托体系检测过程，实现信息的传递功能。另外，给每个需求设置出高效的链接，加大链接的速率。还可依托终端的软件挑选对照所需放映需要，在传播数字型讯息时，参照传播帧速度实施恰当判别，周密考量传输的数字量。远程服务器给对应需求以回应响应，把观众需要的讯息以数字化方式处理好后再优质地传递到终端TV中。

4结语

数字网络技术论文范文第3篇

1.1电子信息工程的准确性高

电子信息工程还具有信息处理的准确性高的特点。我们在利用电子信息工程处理信息时，通过设置处理结果检查命令能够很方便地对信息处理的过程和结果进行监控，实现信息的准确处理。而我们在运用人工进行信息处理时，处理结果一般错误较多、难以及时发现，并且在发现之后难以进行追踪改正，准确性大幅下降，给信息的进一步利用造成了障碍。

1.2电子信息工程涵盖面广

电子信息工程的主要作用决定了其涵盖面广的特点。电子信息工程的主要目的是信息处理和应用，而信息处理和应用是各个行业都需要的，并且随着社会发展的加速，信息资源也变得越来越重要，这也就意味着电子信息工程能够在各行各业中发挥优势，并且优势作用会越来越明显。

2计算机网络技术在电子通信工程中的应用

随着科技的不断发展，我们能够感到的是信息获取越来越方便，时间越来越来短，效率越来越高，这离不开计算机网络技术在电子通信工程中的应用。通过将计算机网络技术应用于通信工程之中，我们能够方便地实现信息的获取、处理、传播和交流等，在提高了信息处理质量的同时又缩短了信息获取的时间，一举两得。同时，计算机网络技术在电子通信工程中的应用能够提高电子通信工程的安全性。

2.1计算机网络技术在电子通信工程中的应用

缩短了信息获取的时间和的时间，提高了信息质量通过计算机网络技术我们能够很方便地获得其他网络用户的各种各样的信息，并且能够实现信息的处理和快速，实现信息利用效率的最大化。通过计算机网络技术的引入，我们不仅提升了信息处理的速度，而且拓宽了信息的来源渠道，使得信息获取量和获取范围更加地广泛，处理效率更高，利用更加便捷等。

2.2计算机网络技术在电子通信工程中的应用

能够提高电子通信工程的安全性计算机网络技术在电子通信工程中的应用一方面给电子通信工程带来了风险，使得通信过程和通信能够容易被监听、窃取和修改等，但是，我们对计算机网络技术进行有效地完善，却能够大幅度地提高电子通信工程的安全性。在互联网的开放性环境下，电子通信工程容易遭到各种类型的攻击，我们同样地可以在开放的互联网环境下提高计算机网络安全防护技术例如开发高性能的防火墙技术等，对各电子通信主体实现保护，使得电子通信技术的安全性能能够不断地得到提高，最终实现电子通信工程安全性的整体提高。同时，通过在计算机网络服务器上进行电子通信内容自主备份等，也能够大幅提高电子通信工程的安全性。

3计算机网络技术在电子信息工程中的应用

计算机网络技术在电子信息设备的开发和设备联网上的应用十分广泛。计算机网络技术能够促进电子信息设备的开发和联网功能的实现，这表现在电子信息设备在开发和应用方面对于互联网的依赖。随着计算机网络技术在电子信息设备中应用的加强，绝大多数电子信息设备都具备联网功能，而新的电子信息设备的开发也越来越注重联网功能。在新电子信息设备开发过程中，按照互联网的服务协议，数据传输标准以及分层方式等来进行设备设计，使得开发出来的电子信息设备能够接入互联网，并且能够直接使用互联网进行信息的快速高效处理以及信息的，使用户获得更好的信息处理体验。计算机网络技术在电子信息工程安全上的应用。计算机网络技术不仅能够通过设立防火墙对电子信息工程进行安全防护，还能够及时发现电子信息工程安全上的漏洞，及时修护，更能够对电子信息内容进行备份，避免数据被恶意篡改和数据丢失造成损失。

4结束语

数字网络技术论文范文第4篇

关键词：楼宇自动化控制网络现场总线控制系统以太网楼宇自动化系统

目前日益流行的智能建筑(inteuigentbuidings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(buidingautomationsystem，缩写为bas)、通信自动化系统(cas)和办公自动化系统(oas)三大系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。

2现场控制系统fcs的出现以及在楼宇自控中的应用

上个世纪七八十年代，伴随着计算机可靠性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(distributedcontrolsystem，简称dcs)。dcs是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此它属于一种模拟数字混合控制系统，这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。dcs在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，也开始应用到楼宇自动化控制领域。但是dcs存在如下一些缺点：

(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难；

(2)可靠性差。模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差；

(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。

上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(fcs)，fcs克服了dcs的缺点，它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。fcs极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的dcs(分布式控制系统)相比，fcs具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于fcs的许多优点，控制专家们纷纷预言“fcs将取代dcs成为2l世纪控制系统的主流。”现在，fcs已经被应用到楼宇自动化控制领域。

2．1应用于楼字自动化领域的几种现场总线

由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(iso)的计算机网络开放式互连系统的osi参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如can、modbus、profibus、lonworks、bacnet、devicenet等等。其中lonworks、bacnet、can、eib等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的fcs克服了dcs的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致fcs的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对fcs的缺点做进一步说明。

(1)lonworks

美国echelon公司1991年推出了lon(local0penationnetworks)技术，又称lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说lonworks具有以下优点：

①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；

②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；

③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的neuronc语言，它是ansic语言的扩展；

④无主的网络系统。lonworks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；

⑤开发lonworks网络节点的时间较短，也易于维护。lonworks采用的lontalk协议固化在echelon公司的neuron芯片中，这样可以节省开发lonworks网络节点的时间，也方便维护。

同其它现场总线一样，lonworks也有自身的缺点。首先，lonworks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于lonworks依赖于echelon公司的neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管lonworks存在一些不足，但是lonworks的fcs还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家oem厂商生产lonworks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个lonworks节点，lont~k协议也被接纳为欧洲centc247、centc205的一部分。自1996年以来，lonworks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于lonworks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。

(2)bacnet

bacnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。bacnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，bacnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。bacnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。bacnet采用了etherent、arcnet、ms／tp、ptp、lontalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，bacnet标准最大的优点是可以与etherent、lonworks等网络进行无缝集成。不过bacnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。bacnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持bacnet标准。bacnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的iso标准。虽然我国是wto和iso成员国，但是bacnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的bacnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化bacnet相关产品。

(3)can

can总线最初是德国bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。can具有以下优点：

①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：

②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；

③采用无损坏的仲裁技术；

4can芯片不但价格低而且供应商多。

can缺点是：can总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，can总线技术比较简单，can相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于can总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。

(4)eib

eib是欧洲安装总线(europeaninstallationbus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年eib被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了eib认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的eib项目基本上被abb公司和simens公司所垄断。

3以太网开始进入楼宇自控领域

以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来，以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体)，并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新的ieee802．3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。目前，3com、华为、dlink等公司开始提供符合ieee802．3af标准的交换机产品。另外，一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准，即工业以太网标准，如odva(开放devicenet供货商协会)和ci(contolnet国际组织)的ethernet／ip标准、ff(现场总线基金会)的hse(hig}lspeedethemet，高速以太网)、profibus国际组织的profinet。支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现，如moxa公司的eds-508系列工业以太网交换机(支持ethernet／ip)、北京航天华辉自动化技术有限公司的anybus-sio／100m(支持ethemet／ip和modbus／tcp)等。美国vdc(venturedevelopmentcorp．)调查报告指出，ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的ll％增加到2005年的23％。

伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网(如图l所示)，在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的enc-2001ip智能建筑测控系统。enc-200lip控制系统的结构如图2所示。一般的空调、照明等系统通过enc参量控制模块集成到以太网上；带有rs232或rs485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；ip电话以及ip摄像机直接连接到以太网上。

在楼宇自控网络中采用基于现场总线的fcs的优点是：

①可靠性、实时性好。现场总线为工业控制设计

图1楼宇自控网络集成到信息网的，有屏蔽、接地与防爆等措施，同时其实时性也比采用csma／cd的以太网的时实性好；

②用户的投资成本低。现在，开放的现场总线技术已经比较成熟，有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是：实现现场总线无缝接人以太网复杂，当多种现场总线共存在一个系统中时，集成起来更复杂，系统的扩展性差。

在楼宇自控网络中采用以太网的优点是：实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”，即实现人们期望的通信协议的兼容和统一；这样系统扩展起来也比较方便；与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是：首先，目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对还是较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。

4结束语

就目前而言，不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的fcs还是以太网，都有其优点和缺点。随着时间的推移和技术的进步，它们也必将会被进一步完善。据统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业3000家以上，产品供应商约3000家。另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑和社区的数字化建设正在兴起，fcs和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用，在今后相当长的时间内，两者在竞争的同时也将继续并存。

参考文献

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2陈秋良．自动控制技术．《现场总线控制系统综述》2001；20

3李光辉．缪希仁．现场总线技术及在低压电器领域中的应用．电工技术杂志，2002

4郝晓弘．马向华．现场总线控制系统一新一代控制系统．《工业控制计算机》2001；14

5阳宪惠．《现场总线技术及其应用》清华大学出版社,1999

6张振昭．许锦标．万频．《楼宇智能化技术》北京机械工业出版社。1999

7董春桥．bacnet标准在我国推广和应用的思考．《智能建筑与城市信息>。2003

数字网络技术论文范文第5篇

关键词ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由

1概述

ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。

2000年12月，IEEE802无线个域网（WPAN，WirelessPersonalAreaNetwork）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE802.15.4定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式了基于IEEE802.15.4的ZigBee标准协议。

2网络层的研究

ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。

图1ZigBee技术协议组成

PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（ApplicationSub-layerSupport）、ZigBee设备对象ZDO（ZigBeeDeviceObject）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。

网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。

2.1ZigBee的网络拓扑结构

ZigBee定义了三种拓扑结构：星型拓扑结构（Star），主要为一个节点与多个节点的简单通信设计；树型拓扑结构（Tree），使用分等级的树型路由机制；网格型拓扑结构（Mesh），将Z-AODV和分等级的树型（Tree）路由相结合的混合路由方法。三种拓扑结构如图2所示。

图2网络的三种拓扑结构

ZigBee定义了三种设备类型：ZigBee协调器（ZigBeeCoordinator，ZC），用于初始化网络信息，每个网络只有一个ZC；ZigBee路由器（ZigBeeRouter，ZR），它起监视或控制作用，但它也是用跳频方式传递信息的路由器或中继器；ZigBee终端设备（ZigBeeEndDevice，ZED），它只有监视或控制功能，不能做路由或中继之用。

在IEEE标准中，ZED被称为精简功能设备（Reduced-FunctionDevice，RFD），ZC和ZR被称作全功能设备（Full-FunctionDevice，FFD）。

2.2网络层路由算法的分析

网络层支持Tree、Z-AODV、Tree+Z-AODV等多种路由算法。

2.2.1AODV路由协议

DSDV（destination-sequenceddistance-vector）协议是一个基于传统的BellmanFord路由机制的表驱动算法，被认为是最早的无线自组网络路由协议。DSDV在传统的distance-vector算法的基础上采用了序列号机制，用于区分路由的新旧程度，防止distance-vector算法可能产生的路由环路。DSDV采用时间驱动和事件驱动技术控制路由表的传送，即每个移动节点在本地都保留一张路由表，其中包括所有有效目的节点、路由跳数、目的节点路由序列号等信息，目的节点路由序列号用于区别有效和过期的路由信息以避免环路的产生。

DSR（dynamicsourcerouting）协议是最早采用按需路由思想的路由协议，包括路由发现和维护两个过程。它的主要特点是使用了源路由机制进行数据包转发。

AODV(ad-hocon-demanddistancevector)协议在DSDV协议的逐跳路由、序列号、定期广播机制基础上，加入了DSR的按需路由发现和维护机制。

AODV在每个中间节点隐式保存了路由请求和应答的结果，并利用扩展环搜索（expandingringresearch）的办法限制搜索发现目的节点的范围。AODV支持组播功能，支持QoS，而且AODV使用IP地址，便于同Internet连接。但AODV基于双向信道的假设，路由应答数据包直接沿着路由请求的反方向回溯到源节点，因而不支持单向信道。与DSDV保存完整的路由表不同的是，AODV通过建立按需路由来减少路由广播的次数，这是AODV对DSDV的重要改进。与DSR相比，AODV的好处在于源路由并不需要包括在每一个数据包中，这样会降低路由协议的开销。AODV是一个纯粹的按需路由协议，那些不在路径内的节点不保存路由信息，也不参与路由表的交换。

2.2.2Z-AODV能量平衡路由

在ZigBee路由规范中没有过多的考虑能量控制，但是对于adhoc无线网络来说，能量控制非常重要。因此提出了能量控制策略来改进ZigBee路由。它将使节点避免用尽所有能量以至于过早的失去作用。当节点想要选择路径时，它将考虑路径上的节点的剩余能量。

Z-AODV算法是针对AODV（Adhoc按需距离矢量路由协议）算法的改进，AODV是基于序列号的路由，它总是选择最新的路由。Z-AODV是基于路径的能量消耗的路由，考虑到节能、应用方便性等因素，简化了AODV的一些特点，但仍保持AODV的原始功能。

在路由选择和路由维护时，ZigBee的路由算法使用了路由成本的度量方法来比较路由的好坏。假定一个长度为L的路由P，则它的路由成本为：为：

其中，表示从节点Di到节点Di+1的链路成本。对于链路l，链路成本可按照下面的表达式计算：

其中，pl为链路l中发送数据包的概率。

在ZigBee规范中没有涉及到pl的具体计算方法。pl可通过实际计算收到的信标和数据帧来进行估计，即通过观察帧的响应序列号来检测丢失的帧，这就通常被认为最准确地测量接收概率的方法。但是，对于所有的方法来说，最直接和有效的方法就是基于IEEE802.15.4的MAC层和PHY层所提供的每一帧的LQI通过平均所计算的值。即使使用其他方法，最初的成本估计值也是基于平均的LQI值。可以根据驱动函数表来映射平均LQI值与C﹛l﹜值的关系（见表1）。

表1LQI值与链路成本的关系

能量平衡运算要考虑许多因素来选择路由。这些因素包括临近节点的能量、节点自身的能量和链路质量。剩余能量Elocal可以在每一个ZigBee帧中的保留域发送，这样每个节点都能得到它的邻居节点最新的能量分配﹛E1，E2…En﹜。

2.2.3树型（Tree）路由

树型路由机制包括配置树型地址和树型地址的路由。当协调器建立一个新的网络，它将给自己分配网络地址0，网络深度Depth0=0。如果节点（i）想要加入网络，并且与节点（k）连接，那么节点（k）将称为节点（i）的父节点。根据自身的地址Ak和网络深度Depthk，节点（k）将为节点（i）分配网

络地址Ai和网络深度Depthi=Depthk+1。网络深度表示仅仅采用父子关系的网络中，一个传送帧传送到ZigBee协调器所传递的最小跳数。ZigBee协调器自身深度为0，而它的子设备深度为1。

图3为ZigBee树型结构。参数nwkMaxChildren(Cm)表示路由器或协调器在网络中允许拥有子设备数量的最大值。参数nwkMaxRouters(Rm)表示子节点中路由器的最大个数，而剩下的设备数为终端设备数。

图3ZigBee树型结构

一个新的RFD节点（i），它没有路由能力，它与协调器连接作为协调器的第n个子节点。根据它的深度d，父节点（k）将为子节点（i）分配网络地址：

Ai=Ak+Cskip（d）·Rm+n其中1≤n≤（Cm-Rm）

如果是新的子节点FFD，它有路由能力，父节点（k）将给它分配网络地址：

Ai=Ak+1+Cskip（d）·（n-1）

其中，

否则，参数nwkMaxDepth(Lm)表示网络的最大深度。

假设一个路由器向网络地址为D的目的地址发送数据包，路由器的网络地址为A，网络深度为d。路由器将首先通过表达式：

A＜D＜A+Cskip(d-1)

判断该目的节点是否为自己的子节点。如果目的节点是自己的子节点，则下一跳节点的地址为：

否则，下一跳节点是该路由器的父节点。

2.2.4Tree+Z-AODV路由算法的分析

根据上文对Tree和Z-AODV两种路由算法的分析，在我们的ZigBee网络中将二者结合，使用Z-AODV和分等级的树型（Tree）路由相结合的混合路由方法，构成网格型拓扑结构（Mesh）的网络。

具体实现方法是在数据帧帧头的DiscoverRouter域指定路由。该域可以是如下三种值：

⑴抑制路由发现：它使用已经存在的路由表。当路由表中没有相应的目的节点的地址时，参数nwkUseTreeRouting的值为TRUE，网络将使用树型路由。

⑵使能路由发现：如果在路由表中有路由地址，将按照该路由表进行路由。否则，路由器将使用Z-AODV路由算法初始路由发现。如果该节点没有初始路由发现的能力，它将使用树型路由。

⑶强制路由发现：不管是否有相应的路由表，节点都强制使用Z-AODV路由算法初始化路由发现。

在ZigBee规范中提出了将AODV和Tree路由混合的路由机制。但在ZigBee规范中并没有说明如何配置参数来选择路由策略，没有使两者平衡的设计方法。根据上面Tree路由和Z-AODV的分析，我们提出了基于数据特性的路由方法，即在两种路由算法构成的网格型网络中，根据节点间传输数据特性的不同，通过设置数据帧帧头的DiscoverRouter域，选择不同的路由方法。对于捆绑型的连续数据，ZigBee应用层应选择使用使能路由的方法。即采用Z-AODV路由首先建立路由发现，然后选择跳数少的路由，成为最佳路径；对于爆发型的不连续数据则使用抑制路由发现的方法，即在路由表中没有响应的目的节点的地址时，采用Tree路由方法。因为这种路由不需要建立路由表，因此对传输的数据响应较快。

图4为节点接收到上层或其他节点发送的数据包时，网络层处理程序的流程图。

图4路由算法流程图

2.3总结

Tree路由是一种由网络协调器展开生成树状网络的拓扑结构，适合于节点静止或者移动较少的场合，属于静态路由，不需要存储路由表。树型路由对传输数据包的响应较快，因为树型路由不需要建立路由表。其缺点是所选择的路由并非是最佳的路由，不能获得最小路由。树型路由适用于爆发型的数据传输。

Z-AODV需要首先建立路由发现，然后选择跳数少的路由，成为最佳路径。Z-AODV适用于连续的数据传输。

在ZigBee规范中，设计了Z-AODV和Tree路由混合的路由策略，这里我们提出了基于数据服务的ZigBee路由选择策略。根据上述分析可以看出，这种路由选择机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势；并且根据能量控制机制，可以有效地平衡节点能量，避免节点耗尽能量而过早地失去作用。

3ZigBee模块硬件设计

模块集无线收发器、微处理器、存储器和用户API等软硬件于一体，可实现1.0版ZigBee协议栈的功能。

图5ZigBee模块框图

图5是模块的硬件框图，射频芯片采用Chipcon公司生产的符合IEEE802.15.4标准的模块CC2420；控制射频芯片的微处理器可以根据需要选择Atmel公司的AVR系列单片机或者SiliconLabs公司的8051内核单片机。单片机与射频芯片之间通过SPI通信。单片机与外部设备之间通过串口通信，单片机自带若干ADC或者温度传感器，可以实现简单的模数转换或者温度监控。为了方便代码移植到不同的硬件平台，模块固件采用标准C语言编写代码实现。

参考文献

[1]蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006

[2]ZigBeeSpecification.ZigBeeAlliance[R]，2006

[3]IEEE.IEEEstandards8021.15.4[R]；2003