zigbee提升最大节点数的一点点研究

Myth丶恋晨 2022-07-14 07:21 137阅读 0赞

zigbee网络中有一种地址叫做网络短地址，共有16位，最大值是0xFFFF，也就是65536，这个值就规定了理论上一个zigbee网络中最多能有设备65536个。  
　　当然，实际上很难做到有这么多的节点。主要是因为zigbee节点的运算能力有限，加上CSMA/CA的避让（某节点检测空气中有数据的话就先不“说话”了），所以很难达到好几万个节点的网络。不过，还是有一些方法，可以增加网络中节点的总数。（笔者也没做过大规模的zigbee项目，加之不擅长写理论，以下通过ZSTACK2.5.1的协议栈来说明，观点仅供参考）  
1合理利用多信道  
　　信道是与频率相关的，不同的信道之间不会有避免冲突的载波检测，所以节点数量较多时，可以分到不同的信道，可以减少网络阻塞的可能性。另外，选择信道操作的是一种独热码，也就是说在选择信道的可以通过“与”操作，选择多信道，根据实际情况决定使用哪个信道，也方便用户实现不同信道的代码共用。  
2使用功能更强大的协调器  
　　以TI方案为例，CC2530是51单片机，CC2538是cortex M3内核的单片机，处理速度要快于CC2530，而且协调器的工作速度常常是一个zigbee网络中的性能瓶颈（总是有太多数据需要协调器处理），因此可以考虑使用CC2538或者性能更强的芯片作为协调器。  
3使用全路由节点网络  
　　zigbee的协调器在组建网络之后，其功能与普通的路由器就一样了。而路由节点拥有介绍子节点入网，进行消息的路由等功能，可以组成树状的网络拓扑，子节点的数量当然多于星型网络，所以可以使用全路由节点的网络，另外，普通的终端节点由于定期休眠，唤醒时会产生较多的data request，容易造成网络阻塞。  
4合理使用collect节点  
　　使用ZigBee时，多数的情况还是进行数据的收集，传输以及简单的控制，所以一般会使用一个网关，例如ARM板来处理ZigBee网络的数据。网关是两种协议转换的装置，比如把ZigBee数据通过串口转为TCP/IP 数据，那么就需要ZigBee的采集节点。看似这么做跟增加节点的数量没什么关系，但是这种方法可以减小协调器的负担，也有助于增加可使用的节点的数量，毕竟成功入网也不代表能稳定工作。把一个路由节点作为采集节点collect，收集传感器的数据时，这里可能遇到的一个问题是，协调器的网络短地址总是0x0000，所有的节点都可以一句这个地址来给协调器发送数据，但是却不一定知道collect的地址。可以把collect的地址广播，也可以使用绑定的机制。  
5合理进行ZSTACK的设置  
　　ZSTACK中有一些配置，可以直接设置一些网络特性，如MAX\_DEPTH决定了网络的最大深度。协调器(Coordinator)位于深度0，MAX\_DEPTH参数限制了网络在物理上的长度，这个值默认是5，最大不能超过15。 MAX\_CHILDREN决定了一个路由(Router)或者一个协调器节点可以处理的儿子节点的最大个数，默认20。 MAX\_ROUTER 决定了一个路由(Router)或者一个协调器(Coordinator)节点可以处理的具有路由功能的儿子节点的最大个数。这个参数是 MAX\_CHILDREN的一个子集，终端节点使用(MAX\_CHILDREN – MAX\_ROUTER)剩下的地址空间。有很多资料讲这些设置，不再搬运。  
　　笔者也做了一个简单的最大节点测试，CC2530，ZSTACK2.5.1，全路由的网络，1个协调器+28个路由器，默认配置。每个路由器入网之后会发送一个特定的消息给协调器，用于统计入网节点数。结果28个节点全部成功加入网络。即便是同时上电，也能在20秒之内都加入网络。进行抓包分析，空气中的数据算不上“拥挤”，目测再多几个节点问题也不大，只是我手头没有这么多的节点了。