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研究生：	李稼桐
論文名稱：	以Hypercube 拓樸應用於Zigbee遶徑技術之研究 Research on Hypercube topology with Zigbee routing technique
指導教授：	葉耀明
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	資訊工程學系 Department of Computer Science and Information Engineering
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	79
中文關鍵詞：	超立方體、拓樸、無線感測網路
英文關鍵詞：	Zigbee, Wireless Sensor Networks, topology, Hypercube, WPAN
論文種類：	學術論文
相關次數：	點閱：221 下載：5
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隨著微機電技術與無線傳輸技術的進步，無線感測網路近年來開始蓬勃發展。Zigbee通訊協定是基於IEEE802.15.4所發展的無線感測網路，由一個主控節點，路由節點以及許多感測節點所構成的。節點設計以低傳輸速率、短距離、低消耗功率、具有感測環境為目標。超立方體是一種常用在鬆耦合多處理器平行計算的一種架構。最早在1963年由密西根大學的Squire 和 Palais 進行研究。具有路徑算法簡單，減少任意兩個節點間通信的Hop數。不需使用路由表，僅需簡單的計算，就可以達到繞徑的目的，等等優點。若能夠利用Hypercube的拓樸方式架構出一個Zigbee網路，計算路由的方式就會變得比較簡單，進而增進路由的速度。網路上的每個Node不需要去維護一個龐大的Routing Table。而只需透過簡單的運算就可以知道哪一個Next Hop。

本研究設計了Hypercube Topology with Zigbee FFD and RFD和Hypercube Routing in Zigbee Scheme，使用NS2網路模擬器去模擬我們的拓墣架構以及Zigbee原來的遶境演算法，並做一個比較。並且實做出一個使用Zigbee Node的應用環境實例，在這個應用環境中，套用此拓樸，做到收發訊息、SMIL檔案遙控器、控制燈號等功能在Zigbee無線網路感測協定當中，如果能進一步從AODV改採用Hypercube遶逕通訊協定模式，不但可以簡化網路的管理，並改善AODV平均延遲時間較長、較為耗電等缺點。

目   錄    vi
附表目錄    viii
附圖目錄    ix
附圖目錄    ix
公式目錄    xi
第一章 緒論    1
第一節 研究背景    1
第二節 研究目的    2
第三節 研究限制    4

第二章 文獻探討    5
第一節 Zigbee堆疊( Zigbee Stack )架構    5
（一） MAC層    7
（二） 網路層    9
（三） Star架構    11
（四） Cluster Tree結構與Mesh    11
（五） ZigBee應用層    15
第二節 AODV(Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing)路由演算法    17
（一） Route Requests(RREQs)：    18
（二） Route Replies (RREPs)：    19
（三） Route Errors (RERRs)：    19
（四） Hello Message：    20
第三節 Hypercube超立方體架構    21
（一） 定義    21
（二） 不完全超立方體    23
第四節 NS2 (Network Simulator version 2)網路模擬器    24

第三章  Hypercube Routing in Zigbee模擬程式分析與設計    29
第一節 Hypercube Topology in Zigbee Scheme    29
（一） Hypercube Topology with Zigbee FFD    29
（二） Hypercube Topology with Zigbee FFD and RFD    30
（三） Hypercube Topology in Zigbee Cluster    31
第二節 Hypercube Routing in Zigbee Scheme    32
（一） Hypercube Routing Routing演算法    32
（二） Hypercube Routing in Zigbee Scheme    34
第三節 模擬實作    36

第四章   Hypercube Routing in Zigbee系統實做    41
第一節 開發環境    41
第二節 系統架構與情境    54
第三節 無線感測環境實做    57

第五章 結論    62
第一節 AODV與Hypercube繞逕優缺點比較    62
第二節 結論    64
第三節 未來發展    65

參考文獻    66

附表目錄
【表 1】裝置功能列表    3
【表 2】MCPS服務列表    8
【表 3】MLME服務列表    8
【表 5】NLME的服務列表    9
【表 6】在網路中給予每個深度的表示offset values 的例子    13
【表 4】ASP管理服務    15
【表 7】NS2與OPNET的比較表    24
【表 8】TCP/IP、NS2 和OSI 7-Layer對應關係    26
【表 9】FFD 4bytes的Zigbee Address    30
【表 10】 RFD 4 bytes的Zigbee Address    31
【表 11】Pixie/Pixie lite Pin腳的設定    44
【表 12】腳位定義    54
【表 13】重導向程式碼    56

附圖目錄
【圖 1】802通訊協定家族    2
【圖 2】Zigbee網路架構    4
【圖 3】Zigbee應用圖    6
【圖4】Zigbee堆疊架構    7
【圖 6】NWK層架構圖    9
【圖 7】Zigbee Topology    10
【圖 8】Zigbee 基本繞徑演算法    12
【圖 9】Zigbee 節點位址分配圖    14
【圖 10】Endpoint架構圖    16
【圖 11】Hypercubes for n = 0,1,2,3,4    22
【圖 12】4-cube錯誤節點範例    23
【圖 13】4-cube錯誤節點圖形觀點    24
【圖 14】NS2 模擬器架構圖    25
【圖 15】NS2模擬器模擬流程圖    27
【圖 16】基本的NS2網路模擬過程    27
【圖 17】Nam顯示畫面    28
【圖 18】Hypercube Topology with Zigbee FFD    30
【圖 19】Hypercube Topology with Zigbee FFD and RFD    31
【圖 20】Hypercube Topology with Zigbee FFD and RFD    32
【圖 21】維度為三的HypercubeRouting範例    34
【圖 22】Zigbee in Hypercube scheme 繞逕演算法架構    35
【圖 23】Hypercube routing algorithm    36
【圖 24】模擬Zigbee in Hypercube scheme    37
【圖 25】模擬Zigbee in Hypercube scheme當資料開始傳輸時    38
【圖 26】模擬Zigbee in Hypercube scheme當聯結斷掉時    38
【圖 27】模擬Zigbee原來的演算法    39
【圖 28】模擬Zigbee原來的演算法，不斷的廣播獲取NEXT HOP    39
【圖 29】模擬Zigbee原來的演算法，開始傳輸資料    40
【圖 30】pixie/pixie lite模組PCB板    41
【圖 31】Pixie晶片以及Pixie Lite晶片的腳位電路圖    42
【圖 32】PIXIE(PIC18F4620 microcontroller)晶片    43
【圖 33】Pixie/Pixie lite晶片腳位    43
【圖 34】設計模式    46
【圖 35】MPLAB IDE編譯原始碼示意圖    47
【圖 36】MPLAB IDE&C18編譯器把C程式碼編譯成HEX檔    48
【圖 37】ICD2燒錄器    49
【圖 38】燒錄器連接示意圖    50
【圖 39】MPLAB® ICD 2 CONNECTIONS TO TARGET BOARD    50
【圖 40】應用情境圖    54
【圖 41】設定MAC Address    55
【圖 42】應用環境重導向示意圖    56
【圖 43】實際環境架設圖    57
【圖 44】使用者介面    58
【圖 45】使用者介面--LED    59
【圖 46】Zigbee node LED    59
【圖 47】Zigbee node 開關切換    60
【圖 48】SMIL頻道切換    61


公式目錄
【公式 1】    13
【公式 2】    13
                                

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