TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
*****

Tiểu luận:Mơ phỏng và đánh giá hiệu năng mạng không
dây Zigbee bằng phần mềm Ns-2

QUẢN LÝ NHÂN SỰ

GVHD:
VÕ THANH TÚ
SVTH:
18T1021342 – Nguyễn Văn Tuấn
Nhóm lớp: Nhóm 1

Tháng 10 – Năm 2021


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

LỜI MỞ ĐẦU
ZigBee là một cơng nghệ mạng không dây ra đời năm 2003 với đặc điểm là: mức năng
lượng tiêu thụ và giá thành thấp, đa năng và dễ dàng mở rộng. ZigBee hỗ trợ việc quản lý,
điều khiển cho các thiết bị gia dụng, cơng nghiệp, chăm sóc sức khỏe đặc biệt là cho nhu cầu
cho các ngôi nhà thông minh.
Trên thế giới, công nghệ ZigBee đã trở nên phổ biến vì giá thành rẻ, dễ triển khai và
linh hoạt. Rất nhiều công ty như Alliance, Freescale, Atmel, …tham gia vào việc cung cấp
các thiết bị mạng để triển khai lắp đặt. Các tập đoàn lớn như SamSung, Nokia, Panasonic, …
đang chú ý đến ZigBee như là một mạng điều khiển quan trọng cho các sản phẩm của mình.
Tại Việt Nam, bước đầu đã tiếp cận với công nghệ ZigBee tại các diễn đàn về thiết bị điện tử.
Cơng ty I-Solution có trụ sở tại Hà Nội đã đề cập đến ZigBee như là một cơng nghệ mới cho

việc tự động hóa cho các biệt thự ở Việt Nam.
Qua đó, nhu cầu về nắm bắt công nghệ ZigBee và triển khai xây dựng hệ thống mạng
quản lý nhà thông minh đang là thị trường hấp dẫn tại Việt Nam. Hiện tại, là một sinh viên
nên việc sở hữu một bộ kit để phát triển công nghệ này là không khả thi nên mục tiêu của đề
tài là nắm được công nghệ ZigBee và từ đó áp dụng vào mơ phỏng trên hai phần mềm là NS2 và OPNET.
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là sưu tầm tài liệu trên mạng và các dự án nghiên
cứu có liên quan để tổng hợp phân tích. Sau đó, từ các kiến thức tiếp thu được tiến hành mơ
phỏng để phân tích khả năng hoạt động của mạng khơng dây ZigBee.
Đóng góp của đề tài là báo cáo lý thuyết về công nghệ ZigBee và kiến thức về hai
phần mềm NS-2 và OPNET, mô phỏng hoạt động của mạng hình sao ZigBee trên hai phần
mềm này với các u cầu mơ phỏng khác nhau. Từ đó, hiểu được hoạt động và phân tích,
đánh giá hoạt động của mạng không dây ZigBee.

CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Công nghệ ZigBee
1.1.1 Khái niệm về công nghệ ZigBee
ZigBee là một chuẩn định nghĩa một tập hợp các giao thức truyền thông cho mạng tốc
độ thấp và tầm ngắn. Thiết bị ZigBee hoạt động trong tần số 868MHz, 915 MHz và 2,4 GHz.
Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 250 Kb/s. ZigBee nhắm đến mục tiêu chính là các ứng dụng sử
dụng pin khi tốc độ dữ liệu thấp, chi phí thấp và thời gian sử dụng pin lâu dài. Trong nhiều
ứng dụng ZigBee, tổng thời gian các thiết bị hoạt động chủ động với nhau là rất giới hạn,
thiết bị sử dụng phần lớn thời gian trong chế độ chờ, hay cịn gọi là chế độ ngủ đơng. Kết quả
là các thiết bị dạng ZigBee có thể hoạt động trong vài năm trước khi phải thay pin.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 2



BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Hình 1-1: Các dịch vụ được cung cấp bởi ZigBee

1.1.2 Mối quan hệ giữa ZigBee và chuẩn IEEE 802.15.4
Một trong các cách thiết lập mạng truyền thông là sử dụng khái niệm các lớp mạng,
mỗi lớp có trách nhiệm và chức năng rõ ràng trong mạng. Các lớp thông thường chỉ cho qua
dữ liệu và lệnh đến tầng trên hay dưới nó.
Các lớp giao thức mạng khơng dây ZigBee dựa trên mơ hình tham chiếu cơ bản OSI.
Việc chia giao thức mạng thành các lớp có rất nhiều lợi ích, nếu giao thức thay đổi theo thời
gian, nó sẽ dễ dàng hơn khi thay thế hoặc lớp mà bị ảnh hưởng thay đổi sẽ được thay đổi thay
vì tồn bộ giao thức. Tương tự khi phát triển một ứng dụng, lớp thấp hơn của giao thức vẫn
độc lập so với ứng dụng và có thể được cung cấp từ một nhà phát hành thứ ba và mọi thứ sẽ
hoàn thành mà chỉ cần thay đổi lớp ứng dụng của giao thức.

Hình 1-2: Các tầng giao thức mạng không dây ZigBee

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 3


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Trong hình 1-2 hai tầng mạng dưới cùng được định nghĩa bởi chuẩn IEEE 802.15.4.
Chuẩn này được phát triển bởi tổ chức chuẩn IEEE 802 và phát hành đầu tiên vào năm 2003.
Chuẩn ZigBee chỉ định nghĩa cho lớp mạng, ứng dụng và bảo mật của giao thức và
thừa nhận các lớp PHY và MAC của IEEE 802.15.4 như là một phần của giao thức mạng
không dây ZigBee. Do đó, bất kỳ thiết bị tương tự ZigBee nào cũng tuân thủ chuẩn IEEE
802.15.4.

Chuẩn IEEE 802.15.4 được phát triển độc lập với chuẩn ZigBee, và nó có thể xây
dựng mạng khơng dây tầm ngắn hồn tồn dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 và không bao gồm
các lớp đặc thù của ZigBee. Trong trường hợp này, người dùng phát triển giao thức lớp ứng
dụng mạng của riêng họ ở tầng trên của lớp PHY và MAC trong chuẩn IEEE 802.15.4.
Những lớp ứng dụng mạng tùy chỉnh này đơn giản hơn các lớp giao thức ZigBee và hướng
mục tiêu vào các ứng dụng đặc thù.

1.1.3 Tầng PHY

1.1.3.1 Cơ chế xác định mức năng lượng (ED)
Khi một thiết bị muốn truyền tín hiệu, ban đầu nó đi vào chế độ nhận tín hiệu để xác
định và giới hạn mức năng lượng tín hiệu trong kênh truyền mong đợi. Tác vụ này được biết
như là một sự xác định năng lượng (ED). Trong ED, thiết bị nhận không cố gắng giải mã tín
hiệu mà chỉ xác định mức năng lượng tín hiệu bị giới hạn. Nếu có một tín hiệu đã sẵn sàng
trong dải mong đợi, ED khơng biết được là nó có phải là một tín hiệu của chuẩn IEEE
802.15.4 hay là khơng. Năng lượng tín hiệu trong băng tần mong đợi trung bình là 8 chu kỳ
ký hiệu.
Tầng MAC yêu cầu tầng PHY thực hiện ED, tầng PHY trả về một số nguyên 8 bit chỉ
định mức năng lượng nằm trong kênh tần số mong đợi. Mức năng lượng chính xác phải lớn
hơn hoặc bằng 6 dB.

1.1.3.2 Cơ chế dò tìm sóng mang (CS)
Tương tự như cơ chế ED, cơ chế dị tìm sóng mang là một cách kiểm tra xem kênh tần
số có sẵn sàng để sử dụng hay không. Trong CS, khi một thiết bị muốn truyền thông điệp, ban
đầu nó đi vào chế độ nhận tín hiệu để xác định kiểu của bất kỳ tín hiệu có thể nào mà hiện tại
đang nằm trong kênh tín hiệu địi hỏi, nhưng tương phản với ED, CS là tín hiệu được giải điều
chế kiểm tra là tín hiệu điều chế hay phân bố là tuân thủ đặc tính của PHY mà hiện đang được
dùng trong thiết bị. Nếu tín hiệu đang chiếm giữ tuân thủ theo dạng PHY IEEE 802.15.4, thiết
bị sẽ chọn xem xét là kênh bận mà khơng quan tâm tới mức năng lượng tín hiệu.


1.1.3.3 Chỉ thị chất lượng liên kết (LQI)
Chỉ thị chất lượng liên kết (LQI-Link Quality Indication) là việc chỉ định chất lượng
của gói tin dữ liệu được nhận bởi thiết bị nhận. Độ mạnh tín hiệu nhận được (RSS) có thể
được sử dụng như là việc tính tốn chất lượng sóng. RSS là việc đo đạc tổng năng lượng của
tín hiệu nhận được. Tỷ số của năng lượng tín hiệu địi hỏi so với tổng năng lượng nhiễu trong
băng thông (tỷ số tín hiệu/nhiễu SNR-Signal to Noise Ratio) là một cách khác để đánh giá
chất lượng tín hiệu. Như là một luật tổng quát, SNR cao hơn đồng nghĩa với việc lỗi trong các
gói tin thấp hơn. Do đó, một tín hiệu với SNR cao được coi là một tín hiệu chất lượng cao.
Chất lượng liên kết cịn có thể được ước lượng sử dụng cả mức năng lượng tín hiệu và tỷ lệ
tín hiệu so với nhiễu.
Sự đánh giá LQI được thực hiện cho mỗi gói tin nhận được, LQI phải có ít nhất 8 mức
duy nhất. LQI được báo cáo cho tầng MAC và sẵn sàng cho tầng NWK và APL các kiểu phân
tích. Ví dụ, tầng NWK có thể sử dụng mức LQI được báo cáo của thiết bị trong mạng để xem

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 4


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

xét con đường nào được chọn để định tuyến thơng điệp. Nói chung, con đường với tồn bộ
LQI cao nhất có cơ hội cao hơn trong việc chuyển thơng điệp tới đích. LQI chỉ là một trong
các yếu tố trong việc lựa chon con đường để định tuyến. Những yếu tố khác, ví dụ như xem
xét tính hiệu quả của năng lượng định tuyến, cũng có thể ảnh hưởng đến sự lựa chọn định
tuyến.

1.1.3.4 Đánh giá độ thoáng kênh truyền
Trong bước đầu tiên của cơ chế truy cập kênh truyền CSMA/CA, tầng MAC yêu cầu
tầng PHY thực hiện đánh giá độ thoáng kênh truyền (CCA) để đảm bảo rằng kênh truyền

không bị đang sử dụng bởi một thiết bị nào khác. CCA là một phần của dịch vụ quản lý của
tầng PHY. Trong CCA, kết quả của ED hay CS có thể được sử dụng để xem xét một kênh tần
số có được xem là sẵn sàng hay bận. Quá trình CCA phải là một chu kỳ 8 ký hiệu.
Có 3 chế độ CCA, một PHY tuân thủ IEEE 802.15.4 phải có khả năng thực hiện bất
kỳ một trong 3 chế độ này:
Chế độ CCA 1: Chỉ xem xét kết quả của ED, nếu mức năng lượng trên ngưỡng ED, kênh được
xem là bận. Ngưỡng ED có thể được thiết lập bởi nhà sản xuất.
Chế độ CCA 2: Chỉ sử dụng kết quả của CS, và kênh truyền được xem là bận chỉ khi nếu tín
hiệu đang chiếm là tuân thủ với PHY của thiết bị mà thực hiện CCA.
Chế độ CCA 3: Chế độ này là một sự kết hợp logic (AND/ OR) của chế độ 1 và 2, tầng PHY có
thể sử dụng những tiêu chí sau đây để xác định là kênh có bị bận hay không.

Mức năng lượng xác định được là trên ngưỡng và sóng mang tuân thủ chuẩn được
đánh giá.

1.1.3.5 Hằng số và các thuộc tính tầng PHY
Các hằng số định nghĩa các đặc tính như kích thước tối đa của một khung hay khoảng
thời gian của một sự kiện. Mỗi tầng của giao thức đều có các hằng số của chúng. Tầng PHY
chỉ có hai hằng số, hằng số PHY aMaxPHYPacketSize chỉ định là đơn vị dữ liệu dịch vụ PHY
(PSDU) không dược phép vượt quá 127 octet. Hằng số thời gian turnaround là thời gian một
thiết bị truyền nhận cần để chuyển từ chế độ truyền (TX) sang chế độ nhận (RX), và ngược lại
với khoảng thởi gian là ít hơn 12 ký hiệu.
Hằng số
aMaxPHYPacketSize
aTurnaroundTime

Trong các tầng giao thức MAC và PHY, tất cả hằng số đều có tiền tố “a”, trong tầng
NWK và APL các hằng số có tiền tố “nwkc” và “apsc” đại diện và khơng bị thay đổi trong
suốt khoảng thời gian hoạt động.
Thuộc tính

PhyCurrentChannel
phyChannelsSupported †
phyTransmitPower*

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 5


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

PhyCCAMode
PhyCurrentPage
phyMaxFrameDuration †
phySHRDuration †
phySymbolsPerOctet †

Các thuộc tính là các giá trị mà có thể thay đổi trong khi hoạt động. Các thuộc tính
tầng PHY chứa trong thơng tin cơ bản PAN PHY (PHY -PIB). Các thuộc tính được đòi hỏi
quản lý bởi các dịch vụ PHY và được đánh dấu bởi dấu trâm là các thuộc tính chỉ đọc, tầng
cao hơn có thể đọc các thuộc tính chỉ đọc, nhưng chỉ tầng PHY là có thể thay đổi chúng. Các
thuộc tính được đánh dấu bởi dấu sao “*” có các bit đặc biệt mà chi đọc. Các bit khơng được
đánh dấu chỉ đọc có thể được đọc hoặc ghi bởi tầng trên nó. Chỉ tầng PHY mới có thể thay
đổi các bit chỉ đọc.

1.1.4 Tầng MAC

1.1.4.1 Hoạt động của chế độ cho phép đèn hiệu và cấu trúc siêu khung
Một lợi ích của mạng chế độ cho phép đèn hiệu là khả năng của khe thời gian bảo
đảm (GTS). Khung đèn hiệu là các khung MAC chứa thông tin đèn hiệu như thời gian cự ly

giữa các khung đèn hiệu và số lượng GTS.

Hình 1-3: Cấu trúc siêu khung
Khi thực hiện chế độ cho phép đèn hiệu, nó có thể sử dụng một cấu trúc siêu khung
như trong hình 1-3, được bao phủ bởi hai khung đèn hiệu. Có thể có đến 3 kiểu giai đoạn
trong một siêu khung: giai đoạn truy cập tranh chấp (CAP), giai đoạn tự do tranh chấp
(CFP) và giai đoạn không hoạt động.
Trong giai đoạn CAP, tất cả các thiết bị muốn truyền cần sử dụng cơ chế CSMA/CA
để có khả năng truy cập đến một kênh tần số sẵn sàng một cách công bằng với tất cả các thiết
bị trong cùng một mạng. Thiết bị đầu tiên bắt đầu sử dụng một kênh sẵn sàng sẽ sử dụng nó
cho chính thiết bị đó cho đến khi việc truyền hiện tại của nó hồn thành. Nếu thiết bị tìm ra
kênh truyền bị bận, nó quay lại trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên và thử lại. Khung
lệnh MAC phải được truyền trong quá trình CAP.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 6


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Khơng có bảo đảm nào trong khoảng thời gian CAP cho bất kỳ thiết bị nào có thể sử
dụng một kênh tần số chính xác khi nó cần. CFP, trái ngược với CAP, bảo đảm một khe thời
gian cho một thiết bị đặc biệt và do đó thiết bị khơng cần sử dụng CSMA/CA để truy cập
kênh truyền và CSMA/CA cũng không được cho phép trong CFP.
Sự kết hợp của CAP và CFP được biết là giai đoạn kích hoạt và được chia thành 16
khe thời gian bằng nhau. Khung đèn hiệu luôn bắt đầu tại điểm bắt đầu của khe thời gian đầu
tiên. Có thể lên đến 7 GTS trong CFP. Mỗi GTS có thể chiếm một hay nhiều hơn một khe thời
gian. Một siêu khung có thể tùy chọn là có một giai đoạn không hoạt động, cho phép thiết bị
chuyển vào chế độ tiết kiệm năng lượng và bộ phối hợp có thể bật tắt mạch truyền nhận của

nó để bảo tồn năng lượng pin.
Cấu trúc của siêu khung được định nghĩa bởi bộ phối hợp và được cấu hình bởi tầng
NWK sử dụng gốc MLME-START.request. Khoảng thời gian giữa hai tín hiệu đèn hiệu liên
tiếp (BI) được quyết định bởi giá trị của thuộc tính macBeaconOrder (BO) và hằng số
aBaseSuperframeDuration sử dụng biểu thức:
BI = aBaseSuperframeDuration * 2BO (Ký hiệu)
Thuộc tính BO có thể có bất kỳ giá trị nào từ 0–14 trong mạng chế độ đèn hiệu, nếu
giá trị của nó được đặt là 15 mạng được xem xét là mạng khơng cho phép chế độ đèn hiệu và
khơng có siêu khung nào được áp dụng.
Chiều dài của giai đoạn kích hoạt của siêu khung được hiểu là giai đoạn siêu khung
(SD), được tính tốn từ phương trình sau:
SD = aBaseSuperframeDuratio * 2SO (Ký hiệu)
SO chính là thuộc tính macSuperframeOrder. Giai đoạn siêu khung không thể vượt quá
các khoảng đèn hiệu liền kề, do đó giá trị của SO thường nhỏ hơn hoặc bằng BO. Trong mạng
không cho phép chế độ đèn hiệu, bộ phối hợp không truyền đèn hiệu trừ khi nó nhận một lệnh
yêu cầu đèn hiệu từ một thiết bị trong mạng của nó với mục đích là định vị bộ phối hợp. Bộ
phối hợp PAN trong mạng không cho phép chế độ đèn hiệu đặt giá trị của SO là 15.

Hình 1-4: Hẹn giờ siêu khung vào và ra
Trong một mạng cho phép chế độ đèn hiệu, bất kỳ bộ phối hợp nào, thêm vào các bộ
phối hợp PAN, có tùy chọn để truyền đèn hiệu và tạo ra siêu khung của nó. Hình 1-4 chỉ ra
thời gian được yêu cầu khi cả bộ phối hợp PAN và một bộ phối hợp khác trong cùng một
mạng đang truyền đèn hiệu. Bộ phối hợp có thể bắt đầu truyền đèn hiệu của nó chỉ trong giai
đoạn khơng hoạt động của siêu khung bộ phối hợp PAN. Đèn hiệu bộ phối hợp PAN được ám
chỉ đến một đèn hiệu được nhận. Đèn hiệu của bất kỳ bộ phối hợp nào khác được biết như là
Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 7



BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

đèn hiệu được truyền. Giai đoạn hoạt động cả hai siêu khung phải có chiều dài tương đương.
Bộ phối hợp, khác với một bộ phối hợp PAN, chỉ truyền một đèn hiệu chỉ rõ sự bắt đầu của
siêu khung của nó và kết thúc siêu khung có thể tương đồng với kết thúc của siêu khung bộ
phối hợp PAN.
Nếu một thiết bị không sử dụng các GTS của nó cho một khoảng thời gian được mở
rộng, GTS của nó sẽ hết hạn và bộ phối hợp có thể phân cơng GTS đặc biệt cho một thiết bị
khác. Giai đoạn không hoạt động mà sẽ là kết quả là sự hết hạn GTS thường là một số nguyên
gấp đôi chiều dài một siêu khung. Giá trị của nó nhân (n) phụ thuộc vào macBeaconOrder:
n = 2(8 - macBeaconOrder) nếu 0 <= macBeaconOrder <= 8
n=1
nếu 8 <= macBeaconOrder <= 14

1.1.4.2 Không gian liên khung
Trong khi truyền dữ liệu từ một thiết bị đến một thiết bị khác, thiết bị truyền phải đợi
trong thời gian ngắn giữa các khung được truyền liên tục của nó để cho phép thiết bị nhận xử
lý khung nhận được trước khi khung tiếp theo đến được biết là khoảng cách liên khung (IFS).
Chiều dài của IFS phụ thuộc vào kích thước khung được truyền. Các MPDU với các kích
thước nhỏ hơn hay bằng aMaxSIFSFrameSize được xem xét là khung ngắn. Một khung dài
là một MPDU với kích thước vượt quá số octet của aMaxSIFSFrameSize.
Giai đoạn chờ đợi sau mỗi khung ngắn được ám chỉ là một IFS ngắn (SIFS). Giá trị
tối thiểu của SIFS là macMinSIFSPeriod. Tương tự một khung dài theo sau bởi một IFS dài
(LIFS) với giá trị tối thiểu là chiều dài macMinLIFSPeriod. Giá trị của macMinSIFSPeriod và
macMinLIFSPeriod là 12 và 14 ký hiệu.

1.1.4.3 Cơ chế CSMA/CA
Cơ chế truy cập kênh truyền được hỗ trợ bởi tầng MAC trong chuẩn IEEE 802.15.4
là CSMA/CA, khi một thiết bị muốn truyền nó sẽ thực hiện một CCA để đảm bảo rằng kênh
truyền khơng bận sau đó nó sẽ truyền tín hiệu của nó.

Truy cập kênh truyền trong giai đoạn tự do xung đột (CFP). Truyền ngay sau khi
thông báo một lệnh yêu cầu dữ liệu. Nói cách khác, nếu một thiết bị yêu cầu dữ liệu từ một bộ
phối hợp, bộ phối hợp truyền thơng báo ngay lập tức sau đó mà khơng thực hiện CSMA/CA
giữa 2 lần truyền, thậm chí trong giai đoạn truy cập xung đột (CAP).
Có hai kiểu CSMA/CA: có khe và khơng có khe. CSMA/CA có khe được ám chỉ tới
việc thực thi CSMA/CA trong khi có một cấu trúc siêu khung trong đó. Một siêu khung chia
giai đoạn hoạt động ra thành 16 khe thời gian bằng nhau. Giai đoạn lặp lại của thuật toán
CSMA/CA cần được sắp hàng thành các khe thời gian riêng biệt. Thuật tốn CSMA/CA
khơng có khe được sử dụng khi khơng có cấu trúc siêu khung, thơng thường, khơng có khe
lặp lại yêu cầu. Một mạng không cho phép chế độ đèn hiệu thường sử dụng thuật tốn
CSMA/CA khơng có khe để truy cập kênh truyền.
Nếu CCA xác định được một kênh truyền bận, thiết bị sẽ lặp lại trong một khoảng thời
gian ngẫu nhiên. Khoảng thời gian lặp lại ngẫu nhiên trong cả CSMA/CA có khe và khơng có khe
là một số nguyên là tích của đơn vị khoảng thời gian lặp lại aUnitBackoffPeriod ký hiệu.
Hình 1-5 thể hiện lưu đồ của thuật tốn CSMA/CA. Có 3 biến được sử dụng trong
thuật toán là: số mũ lặp lại (BE), số lần lặp lại (NB) và chiều dài cửa sổ xung đột (CW).
Biến BE quyết định khoảng cho phép cho khoảng thời gian lặp lại khi kênh truyền bận.
Khoảng thời gian lặp lại là một số nguyên nằm trong khoảng 0 – (2BE-1) nhân với đơn vị
thời gian lặp lại:
Thời gian lặp lại = (Một số ngẫu nhiên trong khoảng 0 – (2BE - 1))
* aUnitBackoffPeriod

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 8


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Bắt đầu


S
Có
khe?

Đ
NB=0, CW=2

NB=0, BE=macMinBE
Đ

Năng
lượng
pin?

BE=min(2, macMinBE)

S
BE = macMinBE
Xác định giới hạn giai đoạn
quay lui

Đợi trong
ngẫu nhiên

Thực hiện C
(theo cơ chế có

Kênh
rỗi?

S
CW=2, NB=NB+1,

BE=min(BE+1, mac

S

Đ


Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 9


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

Giá trị khởi tạo của BE bằng với macMinBE trong một truy cập kênh truyền
CSMA/CA không có khe. Trong CSMA/CA có khe lựa chọn tùy chọn sự mở rộng tuổi thọ
pin (BLE) trong cấu trúc siêu khung ảnh hưởng đến giá trị của BE. Nếu tùy chọn BLE
được kích hoạt, bộ phối hợp tắt bộ nhận tín hiệu của nó trong một khoảng thời gian bằng
với các macBattLifeExPeriod theo sau việc truyền khung đèn hiệu, để bảo toàn năng lượng.
Trong trường hợp này, dải giá trị của khoảng thời gian lặp lại giới hạn trong ít hơn 2 và giá
trị của macMinBe:
BE = min (2, macMinBE)
Nếu tùy chọn BLE không được lựa chọn, bộ phối hợp hoạt động trong toàn bộ CAP và
giá trị của BE bằng macMinBE. Giá trị của BE được tăng mỗi khi một CCA thực hiện và
kênh truyền bận, nhưng giá trị BE không thể vượt quá macMaxBE.
NB là một bộ đếm mà cập nhập số lần thiết bị lặp lại và thử lại cơ chế truy cập kênh
truyền. Khi bắt đầu thuật toán giá trị của NB được đặt là 0 và giá trị tăng lên một khi thiết

bị phải lặp lại do kênh truyền bận. Khi NB đạt đến giá trị macMaxCSMABackoff và kênh
vẫn không được truy cập thành công, thuật toán CSMA/CA kết thúc và báo cáo truy cập
kênh truyền lỗi cho tầng NWK.
Biến cửa sổ xung đột (CW) quyết định số lượng khoảng thời gian lặp lại mà kênh
truyền phải sẵn sàng trước khi bắt đầu truyền. Ví dụ CW = 2, thiết bị chỉ bắt đầu truyền sau 2
kết quả lặp lại liên tiếp trong một kênh hiện hữu. CW chỉ được sử dụng trong thuật toán
CSMA/CA có khe. Nếu q trình truyền khơng thể hồn thành trước khoảng thời gian được
cho phép, tầng MAC sẽ đợi đến khi bắt đầu CAP tiếp theo và thử lại thuật toán truy cập kênh
truyền CSMA/CA lần nữa.

1.1.5 Tầng NWK

1.1.5.1 Truyền thơng broadcast
Trong truyền thơng quảng bá, thơng điệp có mục đích được truyền bởi một thiết bị mà
đang lắng nghe một kênh tần số đặc biệt, chú ý địa chỉ của chúng hay định danh PAN. Mỗi
khi một thiết bị nhận một gói, nó sẽ kiểm tra địa chỉ đích được cung cấp trong gói để phê
duyệt là thiết bị có ý định nhận gói hay khơng. Để quảng bá trong mạng IEEE 802.15.4 chế
độ địa chỉ ngắn được sử dụng và địa chỉ đích được đặt là 0xffff. Địa chỉ này được chấp nhận
bởi tất cả các thiết bị mà nhận gói như địa chỉ của chúng. Định danh PAN cũng có thể được
đặt là 0xffff. Thiết bị nhận sẽ chấp nhận 0xffff như là một định danh PAN hợp lệ. Địa chỉ
MAC 0xffff được biết như là địa chỉ quảng bá.
Một bộ phối hợp ZigBee và các bộ định tuyến ZigBee duy trì bản ghi của tất cả thông
điệp mà chúng quảng bá trong một bảng gọi là bảng giao dịch quảng bá (BTT). Bản ghi tự nó
khơng thể được biết là bản ghi giao dịch quảng bá (BTR) và chứa số hiệu chuỗi và địa chỉ
nguồn của khung quảng bá. Mỗi router ZigBee được có khả năng đệm ít nhất một khung tại
tầng NWK. Khả năng đệm giúp cho việc truyền lại các quảng bá này. Mỗi BTR cho phép chỉ
một khoảng thời gian giới hạn và sẽ hết hạn sau khoảng thời gian là
nwkNetworkBroadcastDelivery-Time (giây) từ nó tạo ra. Một BTR bị hết hạn có thể bị ghi đè
nếu một BTR mới đang được tạo và BTT đầy. Nếu một thiết bị đầu cuối ZigBee khơng giữ bộ
nhận của nó trong chế độ ON trong khi thiết bị trong trạng thái chờ, thiết bị không chuyển

tiếp thơng điệp quảng bá hay bảo trì một BTT. Nếu một bộ định tuyến ZigBee với
macRxOnWhenIdle được đặt là FALSE nhận một thơng điệp quảng bá, nó sẽ khơng sử dụng
cơ chế quảng bá. Thay vào đó, nó sẽ sử dụng unicast để chuyển tiếp thông điệp mà không có
độ trễ nào cho các hàng xóm của nó một cách riêng rẽ. Trường address chứa địa chỉ của thiết
bị có mục đích và khơng phải địa chỉ quảng bá. Trong thời gian quảng bá, thông điệp được
chuyển tiếp bởi nhiều thiết bị và có khả năng xuất hiện xung đột về nút ẩn. Để giảm thiểu,
tầng NWK yêu cầu là trước mỗi lần truyền lại thiết bị phải đợi trong một khoảng thời gian
Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 10


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

ngẫu nhiên gọi là broadcast jitter, chiều dài của nó phải nhỏ hơn giá trị của thuộc tính
nwkcMaxBroadcastJitter theo đơn vị mili giây.

1.1.5.2 Truyền thơng multicast
Trong multicast một thiết bị chuyển thơng điệp đến một nhóm thiết bị trong cùng
mạng thay vì tồn bộ mạng. Trong ứng dụng điều khiển đèn, khi truyền một khung đơn đến
một thiết bị hoạt động như một cơng tắc có thể bật tắt một nhóm đèn.
Mỗi nhóm được định nghĩa bởi một ID nhóm là một địa chỉ 16 bit multicast. Một thiết
bị có thể là thành viên của một hay nhiều nhóm. Mỗi thiết bị giữ danh sách của các thành
viên nhóm multicast trong một bảng gọi là bảng multicast (nwkGroupIDTable).
Một thiết bị phi là thành viên của một nhóm multicast nào thì có thể sử dụng multicast
để đến các thành viên bằng hai chế độ là chế độ thành viên và chế độ phi thành viên. Trong
chế độ thành viên, một multicast được khởi tạo bởi một thiết bị thành viên và gửi cho các
thành viên của nhóm multicast. Trong chế độ phi thành viên, một thiết bị mà khơng là thành
viên của một nhóm multicast định tuyến thơng điệp đến một thành viên nhóm multicast, mà
từ đó nó sẽ được gửi đến các thành viên trong nhóm của nó.

Khung dữ liệu tầng NWK có một trường là multicast mode mà phân biệt là khung này
đang được truyền bởi một thiết bị là thiết bị thành viên hay phi thành viên.

Hình 1-6: Truyền thơng được khởi tạo bởi một thiết bị phi thành viên
Trong hình 1-6 là một thiết bị phi thành viên khởi tạo một multicast, nó tạo ra một
khung dữ liệu NWK và đặt trường multicast mode là không thành viên. Giả sử một bộ định
tuyến khám phá đã thực hiện trước khi truyền thì thiết bị nguồn biết được địa chỉ của hop tiếp
theo có nghĩa là nó đã thiết lập định tuyến đẫn khung đến một thiêt bị thành viên bằng cách
unicast liên tiếp. Thiết bị tiếp theo nhận khung từ một thiết bị phi thành viên và lại chuyển
tiếp cho thiết bị tiếp theo sử dụng unicast cho đến khi khung được nhận bởi một thành viên
của một nhóm multicast. Thiết bị này sẽ chuyển giá trị trường multicast mode thành chế độ
thành viên và gửi cho các thành viên của nó bằng cách broadcast. Trong chế độ này khơng có
thừa nhận bị động.
Với broadcast cả thành viên và không thành viên sẽ broadcast lại khung được nhận
nếu BBT của nó khơng đầy và nó khơng broadcast trước đó chính khung này. Trong multicast
có thể giới hạn số lần một khung multicast được broadcast lại bởi các thiết bị phi thành viên.
Khung broadcast có trường là nomember radius mà sẽ giảm đi mỗi khi khung được broadcast
lại bởi một thiết bị phi thành viên, khi nó bằng 0 thì sẽ khơng được broadcast lại nữa. Có một
ngoại lệ là khi trường này đặt là 007 thì nó sẽ khơng bị giới hạn. Trong chuẩn ZigBee chỉ có
khung dữ liệu mới được truyền multicast cịn khung lệnh thì khơng.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 11


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

1.1.5.3 Truyền thơng many to one
Kịch bản truyền thông cho một thiết bị nhận các thông điệp từ nhiều thiết bị trong

cùng một mạng. Thiết bị nhận được gọi là sink và sẽ thiết lập các định tuyến từ tất cả các bộ
định tuyến ZigBee và bộ phối hợp ZigBee trong vùng bán kính.

Hình 1-7: Truyền thông n – 1

1.1.5.4 Cấu trúc phân cấp dạng cây
Một mạng hình cây bắt đầu từ một bộ phối hợp ZigBee đóng vai trị như là gốc của
cây. Một bộ phối hợp ZigBee hay là bộ định tuyến có thể đóng vai trị là các thiết bị cha và
chấp nhận kết hợp từ các thiết bị con khác trong mạng. Một thiết bị đầu cuối ZigBee chỉ
có thể là thiết bị con bởi vì nó thiếu khả năng định tuyến.
Độ sâu của mạng được định nghĩa như là số lượng tối đa các hop được đòi hỏi cho
một khung để đến được bộ phối hợp ZigBee nếu chỉ sử dụng liên kết cha/con. Độ sâu của cha
đến con của nó là 1 vì chỉ có một hop và độ sâu của bộ phối hợp Zigbee đến chính nó là 0.
Chuẩn ZigBee cung cấp một cơ chế cấp phát địa chỉ cho các thiết bị trong một mạng
cây, được biết là cấp phát địa chỉ được phân phối mặc định. Tuy nhiên các nhà phát triển ứng
dụng được cho phép sử dụng phương thức cấp phát địa chỉ của họ. Khi bộ phối hợp ZigBee
bắt đầu thiết lập mạng, nếu thuộc tính nwkUseTreeAddrAlloc được đặt là TRUE thì bộ phối
hợp sẽ sử dụng sơ đồ đánh địa chỉ được phân phối mặc định. Trong chế độ đánh địa chỉ này
bộ phối hợp ZigBee cung cấp cho mỗi cha tiềm năng của nó một khối địa chỉ mạng con. Thiết
bị cha sẽ gán các địa chỉ này cho các thiết bị con của nó. Bộ phối hợp ZigBee quyết định số
lượng tối đa của các thiết bị con được cho phép cho mỗi cha. Nếu thuộc tính
nwkUseTreeAddrAlloc được đặt là FALSE, tầng APL cung cấp việc đánh địa chỉ người dùng
tự định nghĩa cho tầng NWK.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 12


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN


Hình 1-8: Mối quan hệ giữa nút con và nút cha trong một mạng hình cây
Sự cấp phát địa chỉ mặc định sử dụng chiều sâu và số lượng tối đa các con để cấp
phát địa chỉ. Các thông số ảnh hưởng đến việc cấp phát địa chỉ là như sau:
Lm Chiều sâu mạng tối đa (nwkMaxDepth)
Cm Số lượng con tối đa một cha có thể chấp nhận (nwkMaxChildren)
Rm Số lượng con có khả năng định tuyến tối đa một cha có thể chấp nhận
(nwkMaxRouters)
d Chiều sâu của một thiết bị trong mạng
Trong hình 1-9 là sơ đồ cấp phát địa chỉ khi Lm = 3, Cm = Rm = 2. Việc đánh địa chỉ
bắt đầu với việc gán địa chỉ 0 (addr = 0) cho bộ phối hợp ZigBee. Để quyết định địa chỉ cho
phần còn lại của các thiết bị một hàm đơn giản (Cskip(d)) được sử dụng:

Tại mỗi độ sâu, sự khác biệt giữa các địa chỉ trong bất kỳ 2 thiết bị có khả năng định
tuyến nào là một số ngun tích của giá trị Cskip của cha của nó.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 13


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Hình 1-9: Ví dụ về cấp phát địa chỉ mặc định
Cskip(d) có thể hữu dụng khi một thiết bị được mong đợi chuyển tiếp một thông điệp
đến một đích thay mặt cho một thiết bị khác. Thiết bị chuyển tiếp cần biết khi nào thiết bị
đích là một con cháu của thiết bị chuyển tiếp. Nếu thiết bị chuyển tiếp tại độ sâu d và địa chỉ
của nó là A, thiết bị đích với một địa chỉ đích là B là một con cháu của thiết bị chuyển tiếp
nếu mối quan hệ sau là đúng:
A < D < A + Cskip(d-1)

Sau khi nhận ra đích là con cháu của thiết bị, bước tiếp theo là tính tốn địa chỉ hop
tiếp theo, nếu đích là một trong các con thiết bị, địa chỉ của hop tiếp theo đơn giản là bằng địa
chỉ đích. Nếu đích khơng là con nhưng là một con cháu thì địa chỉ của hop tiếp theo được tính
*Cskip(d)

tốn từ phương trình sau:

Ví dụ khi thiết bị Y đóng vai trị như là một bộ định tuyến để chuyển tiếp thông điệp
đến địa chỉ đích 11, địa chỉ hop tiếp theo sẽ là 9.

1.1.5.5 Cấu trúc hình lưới
Trong mơ hình lưới, khơng có mối quan hệ phân cấp. Bất kỳ thiết bị nào trong mạng
lưới được cho phép nỗ lực liên lạc bất kỳ thiết bị nào khác trực tiếp hoặc lợi dụng các thiết
bị có khả năng định tuyến để chuyển tiếp thơng điệp nhân danh thiết bị khởi tạo thông điệp.
Trong mạng hình lưới, định tuyến từ thiết bị nguồn đến thiết bị đích được thiết tạo ra khi có
u cầu và có thể được thay đổi nếu mơi trường thay đổi. Khả năng của mạng dạng lưới là
tạo ra và thay đổi định tuyến ngay lập tức tăng tính linh hoạt cho các kết nối không dây.

1.1.5.6 Định tuyến
Định tuyến là một q trình lựa chọn đường dẫn thơng qua các thơng điệp được
chuyển tiếp đến thiết bị đích. Bộ phối hợp ZigBee và các bộ định tuyến có trách nhiệm khám
phá và duy trì các định tuyến trong một mạng. Một thiết bị đầu cuối ZigBee không thể thực
hiện phát hiện định tuyến và bộ phối hợp ZigBee hay một bộ định tuyến sẽ thực hiện phát
hiện nhân danh thiết bị đầu cuối.
Chiều dài (L) của một con đường được định nghĩa là số thiết bị trong con đường đó.

Hình 1-10: Phân tích chi phí đường đi
Các tham số như chất lượng liên kết, số lượng hop và sự xem xét bảo tồn năng lượng có
thể được sử dụng để xem xét con đường tối ưu cho mỗi kịch bản định tuyến, để đơn giản


Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 14


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

hóa, mỗi liên kết gắn với một chi phí liên kết. Giá trị chi phí liên kết thấp hơn được xem
là khả năng chuyển gói thành cơng cao hơn.
Chi phí của mỗi liên kết là tập giá trị C{[Di,Di+1]} như trong hình. Có hai cách khác
nhau để xem xét chi phí liên kết. Chuẩn ZigBee sử dụng phương trình sau:

C{l} là chi phí của liên kết l. Khả năng thành cơng của gói chuyển tiếp trên liên kết l
là P l , giá trị chi phí thường là số nguyên trong khoảng 0-7. Ví dụ nếu Pl là 80% thì chi phí
của liên kết là 2.
Một phương pháp đơn giản để tính tốn chi phí liên kết là sử dụng bảng:
Bảng 1-3: Bảng định tuyến
Tên trường
Destination address
Status

Many-to-one
Route record required
Group ID flag
Next-hop address
Để so sánh các con đường khác nhau, mỗi đường được gắn với một chi phí đường
đi C{P} đơn giản là sự tổng hợp các chi phí của các liên kết mà hình thành con đường đó.

Định tuyến với chi phí đường đi thấp nhất sẽ có cơ hội tốt nhất thành cơng của chuyển
gói.

Bộ phối hợp ZigBee và các bộ định tuyến tạo ra và duy trì các bảng định tuyến, dùng
để quyết định hop tiếp theo khi định tuyến một thông điệp đến một đích cụ thể. Trường status
xem xét trạng thái của truyến đường.
Một bảng khác cũng có liên quan đến định tuyến là bảng phát hiện định tuyến và
được sử dụng để tìm ra các bộ định tuyến mới, chứa các chi phí đường dẫn, địa chỉ của thiết
bị mà được yêu cầu định tuyến (thiết bị nguồn) và địa chỉ của thiết bị cuối mà đã chuyển tiếp
đến thiết bị hiện tại.

Tên trường
Route request ID


Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 15


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

Source address

Sender address

Forward cost

Residual cost

Expiration time
Nội dung của bảng phát hiện định tuyến tương phản với bảng định tuyến là nó
tạm thời và sẽ hết hạn sau nwkcRouteDiscoveryTime mili giây.

Một thiết bị trong mạng không dây ZigBee cũng duy trì một bảng các hàng xóm chứa
thơng tin về các thiết bị trong dải truyền của nó. Bảng này được cập nhật mỗi khi thiết bị
nhận một gói từ một trong các hàng xóm của nó và hữu dụng khi thiết bị muốn tìm một bộ
định tuyến bên cạnh hay tham gia lại vào mạng. Thiết bị cũng sử dụng bảng thiết bị hàng xóm
khi nó tìm kiếm một cha mới.
Tên trường
Extended address
Network address
Device type
RxOnWhenIdle
Relationship
Transmit failure
LQI
Incoming beacon timestamp
Potential parent


Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 16


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Cơ chế cho một mạng hình cây được gọi là định tuyến phân cấp. Nếu thuộc tính
nwkUseTreeRouting được đặt là TRUE, thiết bị sẽ có khả năng sử dụng định tuyến phân cấp.

1.1.5.7 Phát hiện đường
Tầng APL có thể yêu cầu tầng NWK phát hiện các tuyến đường cho truyền thông unicast,
multicast và many to one. Nếu như yêu cầu phát hiện tuyến đường chứa địa chỉ của một thiết bị

riêng lẻ như là địa chỉ đích tầng NWK sẽ thực hiện một phát hiện tuyến đường unicast. Một tuyến
đường unicast thường bắt đầu từ một địa chỉ nguồn đơn và kết thúc tại một địa chỉ đích đơn. Phát
hiện tuyến đường multicast sẽ được khởi tạo nếu địa chỉ đích ID nhóm 16 bit của một nhóm
multicast. Cuối cùng, nếu tầng APL khơng cung cấp bất kỳ địa chỉ đích nào, tầng NWK sẽ giả sử
là tầng APL đã yêu cầu một phát hiện tuyến đường many to one.

Hình 1-11: Phát hiện tuyến đường unicast với thiết bị nguồn và thiết bị đích
Hình 1-11 chỉ ra một kịch bản ví dụ phát hiện tuyến đường, thiết bị A muốn tìm một
tuyến đường đến thiết bị F, nó bắt đầu một phát hiện tuyến đường bằng cách quảng bá một
lệnh yêu cầu tuyến đường. Khung lệnh yêu cầu tuyến đường chứa định danh yêu cầu tuyến
đường, địa chỉ đích và trường path-cost. Trường route-request identifier là một số hiệu chuỗi
8 bit để yêu cầu tuyến đường và được tăng lên 1 mỗi khi tầng NWK phát hành một yêu cầu
tuyến đường. Trường path-cost được sử dụng để thu thập tổng chi phí đường đi của mỗi tuyến
đường. Thiết bị A sẽ đặt giá trị của trường path-cost là 0 trước khi quảng bá lệnh yêu cầu
tuyến đường.
Nếu một thiết bị đã nhận lệnh yêu cầu tuyến đường là một thiết bị đầu cuối ZigBee, nó
sẽ bỏ qua các lệnh u cầu tuyến đường vì nó khơng có khả năng định tuyến. Như hình vẽ chỉ
có các thiết bị được bố trí giữa thiết bị A và thiết bị F là các bộ phối hợp ZigBee hoặc là các
bộ định tuyến ZigBee. Thiết bị B là một bộ định tuyến ZigBee và nếu thiết bị B có khả năng
định tuyến (bảng định tuyến khơng đầy), nó bổ sung chi phí đường đi từ thiết bị A đến thiết bị
B cho trường path-cost của lệnh yêu cầu tuyến đường và quảng bá một lệnh yêu cầu tuyến
đường. Nếu bảng phát hiện tuyến đường thiết bị B không chứa định danh yêu cầu tuyến
đường này và địa chỉ nguồn, thiết bị B sẽ cập nhật bảng phát hiện tuyến đường tương ứng.

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 17


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN


Hình 1-12: Sửa chữa tuyến đường trong một mạng hình lưới
Nếu bảng định tuyến thiết bị B đầy và địa chỉ đích khơng trong bảng định tuyến, giả
sử là mạng dựa trên định tuyến phân cấp và lệnh yêu cầu tuyến đường được nhận từ một
đường dẫn hợp lệ, thiết bị B sẽ unicast lệnh yêu cầu tuyến đường dọc theo cây nhưng nếu
bảng định tuyến thiết bị B đầy và yêu cầu tuyến đường không được nhận dọc theo đường đi
hợp lệ, thiết bị B sẽ đơn giản bỏ qua lệnh yêu cầu tuyến đường.
Thiết bị C cũng là một bộ phối hợp ZigBee và sẽ đóng vai trị để thiết bị B khi nhận
lệnh yêu cầu tuyến đường. Quảng bá từ thiết bị B và C có thể đến được thiết bị D và E. Thiết
bị D và E sẽ quảng bá lại yêu cầu tuyến đường một lần nữa, giả sử chúng có khả năng định
tuyến. Tương tự như các định tuyến khác, mỗi thiết bị bắt đầu một quàng bá với một trễ ngẫu
nhiên.
Thiết bị D có thể nhận cùng một lệnh yêu cầu tuyến đường từ các thiết bị chuyển tiếp
khác nhau. Thiết bị D sẽ đảm bảo rằng bảng phát hiện tuyến đường của nó là được cập nhật
để chứa chi phí đường đi thấp nhất từ thiết bị gửi đến thiết bị D. Nó sẽ giúp thiết bị D khi nó
là thời gian để liên hệ lại kết quả của phát hiện tuyến đường thẳng đến thiết bị A. Tại thời gian
đó thiết bị D lựa chọn hop tiếp theo của nó từ bảng phát hiện tuyến đường dựa trên chi phí
đường đi thấp nhất hướng đến thiết bị A.
Quảng bá liên tục đươc lặp lại cho đến khi lệnh u cầu tuyến đường được nhận bởi
đích có mục đích là thiết bị F, nó sẽ sử dụng tồn bộ chi phí đường đi thu thập được của mỗi
lệnh yêu cầu tuyến đường được nhận để lựa chọn đường dẫn tối ưu từ thiết bị A đến thiết bị F.
Thiết bị F sẽ chọn thiết bị D hoặc E như là hop tiếp theo của nó để truyền lệnh trả lời tuyến
đường trở lại thiết bị A. Ví dụ nếu thiết bị D là hop tiếp theo thì nó sẽ sử dụng bảng phát hiện
tuyến đường để tìm hop tiếp theo chuyển tiếp lệnh trả lời tuyến đường lại cho thiết bị A.
Tuyến đường từ thiết bị nguồn A đến thiết bị đích F được gọi là tuyến đường về phía
trước. Tuyến đường từ thiết bị F đến thiết bị A được xem là tuyến đường quay lại. Định tuyến có
thể là đối xứng hoặc bất đối xứng. Khi định tuyến đối xứng được lựa chọn bởi việc thiết lập
nwkSymLink thành TRUE các tuyến đường đi và về là đồng nhất như việc truyền từ A đến F sử
dụng chung các thiết bị để chuyển tiếp. Nếu giá trị của nwkSymLink được đặt là FALSE thiết bị F
cần một phát hiện tuyến đường riêng để tìm một tuyến đường đến thiết bị A.

Phát hiện tuyến đường multicast tương tự như sử dụng unicast, bắt đầu với một lệnh
yêu cầu tuyến đường bởi thiết bị nguồn, nó sẽ tạo ra một bảng tuyến đường hoặc cập nhật
một giá trị tồn tại sẵn để phản ánh sự thật là phát hiện tuyến đường là đang thực hiện.
Bất cứ thiết bị nào nhận một quảng báo mà có khả năng định tuyến sẽ so sánh IP nhóm
multicast được cung cấp bởi khung quảng bá với các địa chỉ ID nhóm trong bảng multicast của nó
để biết nếu thiết bị làm một thành viên của nhóm multicast được yêu cầu. Nếu thiết bị nhận khơng
là thành viên của nhóm multicast được u cầu nó sẽ xử lý phát hiện tuyến đường multicast này
tương tự như một phát hiện tuyến đường unicast nhung địa chỉ đích được đặt là ID nhóm
multicast. Nếu thiết bị nhận là một thành viên của nhóm multicast được yêu cầu nó sẽ tạo mới
hoặc cập nhật bảng phát hiện tuyến đường cho yêu cầu phát hiện tuyến đường mới này. Nếu thiết
bị thành viên này đã có trong bảng phát hiện tuyến đường tương ứng với địa
Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 18


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

chỉ thiết bị nguồn và cùng định danh yêu cầu tuyến đường, thiết bị thành viên sẽ giữ tuyến
đường mà có chi phí đường đi nhỏ nhất. Thiết bị thành viên sẽ gửi một lệnh tin vào tuyến
đường thẳng đến thiết bị nguồn tương tự như một phát hiện tuyến đường unicast.

1.1.6 Tầng APL

1.1.6.1 Khung ứng dụng
Chuẩn ZigBee cung cấp tùy chọn để sử dụng các mô tả sơ lược ứng dụng trong phát
triển một ứng dụng cho phép hoạt động liên hợp giữa các sản phẩm được phát triển bởi các
nhà phát hành khác nhau cho một ứng dụng cụ thể.
Mỗi mô tả sơ lược ứng dụng được định nghĩa bởi một giá trị 16 bit được biết như là
định danh mô tả sơ lược. Một nhà phát hành đã phát triển một mô tả có thể u cầu một định

danh mơ tả từ ZigBee Alliance, họ sẽ định giá mô tả ứng dụng được gợi ý và nếu phù hợp với
các hướng dẫn của Alliance thì định danh cấu hình đó sẽ được phát hành. Mô tả ứng dụng
được đặt tên sau khi ứng dụng tương ứng của chúng được sử dụng.
Một phần khác của một ứng dụng ZigBee là các miêu tả thiết bị, cung cấp thơng tin có
liên quan về chính thiết bị đó ví dụ như: băng tần tần số được hỗ trợ, kiểu logic của thiết bị
(bộ phối hợp, bộ định tuyến hay là thiết bị đầu cuối) và năng lượng yêu cầu của pin. Mỗi
miêu tả thiết bị được định danh bởi một giá trị 16 bit. Mô tả ứng dụng ZigBee sử dụng khái
niệm về cấu trúc dữ liệu được miêu tả. Trong phương pháp này thay vì bao gồm dữ liệu trong
miêu tả ứng dụng, một giá trị 16 bit được giữ và đóng vai trị như một con trỏ đến vị trí của
dữ liệu. Khi một thiết bị phát hiện ra sự hiện diện của một thiết bị khác trong mạng mô tả thiết
bị được truyền để cung cấp thơng tin cơ bản có liên quan đến thiết bị mới.

1.1.6.2 Các đối tượng thiết bị ZigBee
Hình 1-13 chỉ ra các đối tượng thiết bị ZigBee như là một giao diện giữa tầng APS và
khung ứng dụng có trách nhiệm khởi tạo APS, NWK và cung cấp dịch vụ an ninh (SSP).
Tương tự như mô tả ứng dụng được định nghĩa trong khung ứng dụng, có một mô tả sơ lược
được định nghĩa cho ZDO mà được biết như là mô tả ngắn gọn thiết bị ZigBee (ZDP) hay mô
tả thiết bị đơn giản. Mô tả sơ lược thiết bị chứa miêu tả thiết bị và các cluster nhưng các
cluster mô tả thiết bị không sử dụng các thuộc tính. ZDO tự nó có các thuộc tính cấu hình
nhưng các thuộc tính này khơng được chứa trong mô tả thiết bị.
Nền ứng dụng
Mô tả sơ lược ứng dụng

Đối tượng thiết bị ZigBee (ZDO)
Mô tả sơ lược thiết bị ZigBee

Tầng con APS

Hình 1-13: ZDO đóng vai trị như một giao diện giữa khung
ứng dụng và tầng con APS

Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 19


BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN

Điểm khác nhau cịn lại giữa mô tả thiết bị và mô tả ứng dụng là mô tả ứng dụng được
tạo ra cho một ứng dụng đặc thù bất cứ đâu mô tả thiết bị định nghĩa khả năng hỗ trợ bởi tất
cả thiết bị ZigBee. Mơ tả sơ lược thiết bị chỉ có miêu tả thiết bị. Các cluster được chia thành 2
nhóm bắt buộc và tùy chọn.
Lệnh mô tả thiết bị ZigBee được gửi sử dụng dịch vụ dữ liệu APS định dạng của nó
mơ tả trong hình 1-24.
Số chuỗi giao dịch

Hình 1-14: Định dạng lệnh mô tả sơ lược thiết bị ZigBee
Phần thứ nhất là một số hiệu giao dịch 8 bit. Bất kỳ đối tương ứng dụng nào duy trì
một bộ đếm và tăng mỗi khi có một giao dịch mới được truyền. Nội dung của bộ đếm này
được sao chép vào trường transaction sequence number của lệnh ZDP. Dữ liệu giao dịch chứa
trong lệnh của nó và bất kỳ dữ liệu nào được liên hệ với lệnh.
Có hai nhóm chính của các lệnh là các dịch vụ client và các dịch vụ server. Các lệnh
ZDP trong mỗi nhóm được chia thành 3 nhóm: phát hiện dịch vụ và thiết bị, quản lý liên kết
và quản lý mạng. Các lệnh trong 3 nhóm này từ 3 đối tượng trong ZDO là thiết bị và đối
tượng phát hiện dịch vụ, đối tượng quản lý liên kết và đối tượng quản lý mạng.
Lệnh phát hiện dịch vụ và thiết bị cho phép một thiết bị để yêu cầu thông tin như là
địa chỉ NWK và danh sách miêu tả của các thiết bị khác trong mạng. Chúng cũng cho phép
một thiết bị lưu trữ miêu tả của nó trong thiết bị đệm phát hiện chính hay cấu hình miêu tả
người dùng của một thiết bị khác trong mạng. Lệnh quản lý liên kết cho phép thiết bị tạo ra
hoặc gỡ bỏ các mối quan hệ liên kết, lưu trữ các bảng liên kết trên một thiết bị bảng liên kết
chính, tạo các bảng liên kết dự phòng và phục hồi lại các bảng liên kết dự phịng được lưu

trữ trước đó. Các lệnh quản lý mạng được sử dụng để định danh các mạng lân cận, yêu cầu
nội dung các bảng định tuyến và hàng xóm và quản lý các thiết bị gia nhập và rời khỏi trong
mạng.
Có thêm hai đối tượng trong ZDO là quản lý mạng và quản lý an ninh. Quản lý mạng
chứa các gốc mạng có liên hệ với giao diện với NLME. Đối tượng quản lý an ninh chứa các
gốc an ninh có liên hệ với giao diện với thực thể quản lý tầng APS (APSME).


Phần mềm “Quản lý nhân sự

Trang 20