Tài liệu Thuật toán định tuyến tối ưu năng lượng trong mạng cảm biến zigbee

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- TRẦN HẢI YẾN Trần Hải Yến HỆ THỐNG THÔNG TIN THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TỐI ƢU NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN ZIGBEE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 2012 – 2013 HÀ NỘI 2013 HÀ NỘI - 2014 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- Trần Hải Yến THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TỐI ƢU NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN ZIGBEE Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số : 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Đặng Văn Chuyết HÀ NỘI - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên những tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và đƣợc trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Trần Hải Yến ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Văn Chuyết, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tình chỉ bảo và định hƣớng trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô giáo của Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông đã giảng dạy và dìu dắt em trong trong suốt quá trình học tập tại trƣờng từ khi còn học đại học cho đến sau đại học. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những ngƣời đã luôn ở bên cổ vũ tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi để em có thể học tập tốt. Em xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii MỤC LỤC .....................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ v DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .....................................................................................viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN ZIGBEE ..................................... 3 1.1. Tổng quan về IEEE 802.15.4 ............................................................................... 3 1.2. Cấu hình mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4 .......................................................... 4 1.3. Mạng cảm biến ZigBee theo chuẩn IEEE 802.15.4............................................. 5 1.3.1. Khái niệm ...................................................................................................... 5 1.3.2. Ƣu và nhƣợc điểm của ZigBee ..................................................................... 6 1.3.3. Dải tần trong mạng ZigBee ........................................................................... 7 1.4. Cấu trúc mạng cảm biến ZigBee.......................................................................... 9 1.4.1. Tổng quan ...................................................................................................... 9 1.4.2. Kiến trúc cụ thể của mạng ZigBee .............................................................. 10 1.4.3. Mô hình mạng ZigBee ................................................................................ 11 1.4.4. Một số ứng dụng của mạng cảm biến ZigBee ............................................ 12 Chƣơng 2 – THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN ............................................................... 14 2.1. Tổng quan định tuyến ........................................................................................ 14 2.1.1. Khái niệm .................................................................................................... 14 2.1.2 Thuật toán định tuyến.................................................................................. 16 2.2. Các thuật toán định tuyến trong mạng ZigBee ................................................. 17 2.2.1. Định tuyến ZigBee ...................................................................................... 18 2.2.2. Quảng bá gói tin trong ZigBee (ZigBee Broadcasting) .............................. 19 2.2.3. Quan hệ nhiều - một – Many-to-one ........................................................... 20 2.3. Thuật toán định tuyến theo yêu cầu – AODV ................................................... 21 iv 2.3.1. Tổng quan .................................................................................................... 21 2.3.2. Tìm đƣờng - Path Discovery ....................................................................... 22 2.3.3. Thiết lập đƣờng ngƣợc ................................................................................ 23 2.3.4. Thiết lập đƣờng tiến .................................................................................... 23 2.3.5. Quản lý bảng định tuyến ............................................................................. 25 2.3.6. Bảo trì đƣờng dẫn ........................................................................................ 25 2.3.7. Quản lý kết nối cục bộ ................................................................................ 26 2.4. Thuật toán hình cây............................................................................................ 27 2.4.1. Tổng quan .................................................................................................... 27 2.4.2. Cây đơn nhánh ............................................................................................ 28 2.4.3. Cây đa nhánh ............................................................................................... 30 2.5. Vấn đề tối ƣu năng lƣợng tiêu thụ trong mạng cảm biến ZigBee ..................... 31 2.6. Thuật toán định tuyến tối ƣu năng lƣợng trong mạng cảm biến ZigBee ........... 35 Chƣơng 3 – MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TỐI ƢU NĂNG LƢỢNG ...................................................................................................................................... 41 3.1. Công cụ mô phỏng ............................................................................................. 41 3.1.1. Ubuntu 10.04 ............................................................................................... 41 3.1.2. NS-2 ............................................................................................................ 41 3.2. Xây dựng kịch bản ............................................................................................. 45 3.2.1. Thuật toán AODV ....................................................................................... 45 3.2.2. Mạng ZigBee ............................................................................................... 46 3.3. Thử nghiệm ........................................................................................................ 46 3.4. Đánh giá kết quả ................................................................................................ 48 3.4.1. Thuật toán định tuyến AODV ..................................................................... 48 3.4.2. Mạng ZigBee ............................................................................................... 54 Kết quả trong Nam ................................................................................................ 54 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 57 HƢỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN ......................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 58 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PHY Physical Layer Tầng vật lý DLL Data Link Layer Tầng liên kết dữ liệu PAN Private Area Net Khu vực mạng riêng tƣ LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic MAC Media Access Control Điều khiển truy cập truyền thông CSMA/CA Đa truy cập nhận biết Carrier Sense Multiple sóng mang phát hiện Access/ Collision Avoidance xung đột OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở ACK Acknowledgment Sự thừa nhận WLAN Wireless Local Are Network Mạng không dây cục bộ FFD Full Function Device Thiết bị đầy đủ chức năng RFD Reduced Function Device Thiết bị giảm chức năng NL Network Layer Tầng mạng AL Application Layer Tầng ứng dụng NLME Network Layer Management Tầng mạng quản lý Entity thực thể vi NLDE Network Layer Data Entity Tầng mạng dữ liệu thực thể ZDO ZigBee Device Object Đối tƣợng thiết bị ZigBee ZAP ZigBee Application Profile Hồ sơ ứng dụng ZigBee ZC ZigBee Coordinator Điều phối ZigBee ZR ZigBee Router Định tuyến ZigBee ZED ZigBee End Device Thiết bị cuối ZigBee PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoải chuyển mạch công cộng RD Routing Device Thiết bị định tuyến RREQ Route Request Yêu cầu định tuyến RREP Route Reply Trả lời định tuyến LLACK Link Layer ACK Tầng kết nối ACK DD Designated Device Thiết bị đƣợc chỉ định HERA Hierarchical Routing Algorithm Thuật toán phân cấp định tuyến vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Bảng ƣu nhƣợc điểm của ZigBee 6 1.2 So sánh ZigBee và Bluetooth 7 1.3 Nhà cung cấp ZigBee 13 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Các ứng dụng không dây 5 1.2 Dải Tần ZigBee 7 1.3 Kiến trúc OSI và kiến trúc ZigBee 9 1.4 Kiến trúc lớp (hay ngăn xếp – Stack) trong 10 kiến trúc ZigBee 1.5 Mô hình tầng ZigBee đơn giản 11 1.6 Các mô hình mạng trong ZigBee 11 1.7 Các ứng dụng trong mạng cảm biến 13 ZigBee 2.1 Định tuyến Anycast -1 15 2.2 Định tuyến Anycast -2 15 2.3 Định tuyến Broadcast 16 2.4 Định tuyến Multicast 16 2.5 Định tuyến Unicast 16 2.6 Mô hình định tuyến ZigBee đơn giản 18 2.7 Mô tả quá trình tìm đƣờng – path 23 discovery ix 3.1 Kiến trúc và thƣ mục cài đặt NS-2.34 39 trong môi trƣờng Linux(Ubuntu) 3.2 Bắt đầu với node 19, đích đến là node 6 45 3.3 Định tuyến giữa các node trong AODV 45 3.4 Quá trình truyền tin sau khi đã định tuyến 46 trong AODV 3.5 Khởi đầu với 7 node trong mạng hình sao 48 3.6 Quá trình truyền tin từ PAN Coor đến các 49 node truyền tiếp đi 3.7 Truyền gói tin giữa node 0 và node 1 49 3.8 Toàn bộ 101 node đƣợc khởi tạo trong mô 50 hình 3.9 Quá trình truyền tin của mạng ZigBee 50 3.10 Quá trình truyền tin của mạng ZigBee 51 3.11 Quá trình truyền tin của mạng ZigBee 51 1 MỞ ĐẦU Mạng viễn thông ngày nay đã tạo ra một cầu nối liên kết loài ngƣời trên khắp thế giới, con ngƣời sử dụng mạng để trao đổi, quản lý, giao tiếp, mua bán… Việc sử dụng tai nghe không dây, truy cập wifi đang trở nên quen thuộc và tác động đến đời sống hàng ngày. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, mạng cảm biến không dây xuất hiện ngày một phổ biến với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực của cuộc sống nhƣ ứng dụng giám sát và điều khiển trong sản xuất, tự động hóa gia đình và điện dân dụng, ứng dụng trong y tế và giám sát sức khỏe... Một yêu cầu rất quan trọng trong mạng cảm biến không dây là tiết kiệm năng lƣợng của pin để đảm bảo cho mọi hoạt động mạng ổn định trong một khoảng thời gian đủ lớn. Mặc dù mạng ZigBee có mức tiêu hao năng lƣợng thấp nhƣng việc lựa chọn giải thuật định tuyến tối ƣu năng lƣợng cũng quyết định rất lớn đến hoạt động lâu dài của mạng. Mạng ZigBee là đƣợc áp dụng cho các hệ thống điều khiển và cảm biến có tốc độ truyền tin thấp nhƣng chu kỳ hoạt động dài. Đối tƣợng mà mạng ZigBee nhắm vào là mạng điều khiển dành cho nhà thông minh (SmartHome), tự động hóa quá trình( Home Automation, Building Automation), trong các hoạt động theo dõi, tiếp nhận và xử lý thông tin trong các lĩnh vực nhƣ y tế (Health Care), quản lý năng lƣợng sao cho hiệu quả hơn (Smart Energy)…Khi đƣợc sử dụng trong các hệ thống này, mạng ZigBee phát huy tất cả những điểm mạnh của nó nhƣ độ trễ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lƣợng, giá thành thấp, ít lỗi, dễ mở rộng và thời gian sử dụng pin dài. Luận văn “Thuật toán định tuyến tối ƣu năng lƣợng trong mạng cảm biến ZigBee” nghiên cứu các thuật toán định tuyến trong mạng ZigBee, đặc biệt tập trung vào vấn đề tối ƣu năng lƣợng tiêu thụ trong mạng cảm biến. 2 Luận văn gồm có 3 chƣơng : Chương 1 : Tổng quan về mạng cảm biến ZigBee Chƣơng này tìm hiểu về khái niệm và cấu trúc mạng cảm biến ZigBee Chương 2 : Thuật toán định tuyến Chƣơng này tập trung tìm hiểu về một số thuật toán định tuyế và vấn đề tối ƣu năng lƣợng tiêu thụ trong mạng cảm biến ZigBee Chương 3 : Mô phỏng thuật toán định tuyến tối ưu năng lượng Chƣơng này giới thiệu về công cụ mô phỏng, cách thức cài đặt và kết quả thử nghiệm, đánh giá 3 Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN ZIGBEE Mạng cảm biến ZigBee đƣợc xây dựng theo chuẩn giao thức IEEE 802.15.4, vì vậy để có cái nhìn khái quát nhất, ta tìm hiểu qua về chuẩn IEEE 802.15.4 1.1. Tổng quan về IEEE 802.15.4 Chuẩn giao thức IEEE 802.15.4 đƣợc quy định tại tầng vật lý (Physical Layer- PHY) và tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer – DLL). Nó là chuẩn cho giao tiếp trong mạng không dây, năng lƣợng thấp. Các thiết bị trong mạng tự tổ chức thành một mạng nhỏ gọi là mạng cá nhân (Private Area Net – PAN). IEEE 802.15.4 định nghĩa hai tầng con của tầng DLL – Điều khiển liên kết logic (Logical Link Control – LLC) và Điều khiển truy cập truyền thông (Media Acsess Control – MAC). Tầng MAC định nghĩa việc truy cập tới môi trƣờng chung của nhiều thiết bị bằng cách sử dụng các giao thức thích hợp nhƣ là Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance – (CSMA/CA), trong khi đó LLC phân phát các gói dữ liệu tới dịch vụ tƣơng ứng ở tầng mạng (Network Layer – NL). Tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa đầy đủ môi trƣờng trong việc giao tiếp và các nguyên lý cho việc truy cập môi trƣờng theo các cách thích hợp. Tại tầng vật lý của mô hình OSI, ZigBee căn cứ vào chuẩn IEEE 802.15.4 – 2003 sử dụng công nghệ truyền sóng radio với Offset-Quadrature Phase Shift Keying (O-QPSK) và Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) nâng cao tỷ lệ signal-to-noise. CSMA/CA đƣợc sử dụng tại DLL để tránh xung đột. Việc kiểm tra sự toàn vẹn dữ liệu đƣợc thực hiện bằng cách truyền lại và sử dụng ACK tại mỗi node để giảm thiểu khả năng mất dữ liệu. 4 Việc đánh giá độ tin cậy của một mạng đƣợc thực hiện nhờ tính toán tỷ lệ signal-to-noise và năng lƣợng nhận đƣợc tại điểm cuối liên kết. Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa các dải tần sử dụng khác nhau. Tiêu biểu có dải tần số 2.4 GHz đƣợc sử dụng cho các thiết bị xây dựng. Mạng cục bộ không dây – WLAN ( chuẩn IEEE 802.11) và mạng Bluetooth ( chuẩn IEEE 802.15.1) cũng sử dụng dải tần số này. Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa hai loại thiết bị :  Thiết bị chức năng đầy đủ (Full Function Device) – FFD  Thiết bị bình thƣờng (Reduced Function Device) – RFD. Sự khác biệt lớn nhất giữa hai loại thiết bị này chính là RFD không có khả năng khởi động cho một mạng cá nhân (Private Are Network - PAN). Chính vì thế PAN luôn đƣợc khởi động bằng FFD. Hơn thế nữa, việc giao tiếp trực tiếp chỉ cho phép giữa hai thiết bị FFD hoặc giữa một FFD và một RFD, không cho phép giao tiếp giữa các RFD với nhau. Một mạng PAN là một mạng bao gồm các thiết bị trong một khoảng nhỏ. Sự kết hợp nhiều mạng PAN là có thể, thậm chí khi các mạng PAN đó sử dụng chung một tần số. Với cấu trúc tự tổ chức, các mạng PAN rất dễ dàng bảo trì và tự sửa lỗi. 1.2. Cấu hình mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4 Chuẩn IEEE 802.15.4 cung cấp 2 cấu hình mạng cơ bản, mạng hình sao (Star) và mạng ngang hàng (Peer-to-Peer). Trong mạng hình sao, một node trung tâm là FFD. Node trung tâm sẽ chịu trách nhiệm đảm bảo giao tiếp giữa các RFD trong mạng. Khi một RFD muốn giao tiếp với một RFD khác trong mạng, nó bắt buộc phải giao tiếp thông qua node trung tâm. Mạng cấu hình này sẽ làm quá tải node trung tâm, và khi node trung tâm bị hỏng thì mọi giao tiếp giữa các thiết bị RFD trong mạng sẽ không thực hiện đƣợc. Trong mạng ngang hàng, thiết bị FFD sẽ trực tiếp giao tiếp với các thiết bị khác. Giao tiếp giữa các thiết bị RFD là cho phép, lúc này FFD đóng vai trò nhƣ một bộ 5 chuyển tiếp. Trong mạng này, một thiết bị lỗi có thể đƣợc loại bỏ đi bằng cách tăng thêm số hàng xóm trực tiếp. Tuy nhiên, với mạng ngang hàng thì việc định tuyến dọc theo mạng là không thể, khả năng duy nhất để giao tiếp thông qua mạng đó là sử dụng quảng bá, tuy nhiên việc đó sẽ tăng đƣờng truyền trong mạng. 1.3. Mạng cảm biến ZigBee theo chuẩn IEEE 802.15.4 1.3.1. Khái niệm Chúng ta đã từng biết đến các chuẩn giao tiếp không dây khá phổ biến nhƣ :Wimax, 3G, Bluetooth...Với các ứng dụng video không dây, dữ liệu không dây, mạng không dây, cảm biến không dây…. Hình 1.1 : Các ứng dụng không dây Trong những năm gần đây xuất hiện một chuẩn giao tiếp mới đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đó là mạng ZigBee (đƣợc công bố lần đầu tiên vào năm 2002 bởi liên minh ZigBee). Mạng ZigBee đƣợc tạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhƣng phải có khả năng linh động trong phạm vi rộng. 6 Mạng ZigBee đƣợc phát triển và xúc tiến bởi hãng ZigBee Alliance, với sự hỗ trợ từ hơn 200 công ty trên thế giới nhƣ: SIEMENS, ATMEL, NI, NEC, TEXAS INSTRUMENTS, EPSON.... Về bản chất mạng ZigBee cũng là một chuẩn giao tiếp không dây nhƣ những chuẩn không dây khác (UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth..) nhƣng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp với một mảng ứng dụng nhất định. Theo nhƣ hình trên có thể thấy rằng mạng ZigBee có đặc điểm là phạm vi hoạt động hẹp, tốc độ truyền trong mạng ZigBee thích hợp cho các cảm biến không dây và chuyên dùng cho các ứng dụng giám sát, điều khiển. 1.3.2. Ưu và nhược điểm của ZigBee Để thấy đƣợc ƣu điểm và nhƣợc điểm của mạng ZigBee có thể theo dõi bảng dƣới đây. Bảng 1.1 : Bảng ƣu, nhƣợc điểm của ZigBee Ƣu điểm Nhƣợc điểm * Giá thành thấp * Lỗi ở một điểm chính có thể * Tiêu thụ công suất nhỏ gây lỗi hệ thống. * Kiến trúc mạng linh hoạt * Tốc độ truyền thấp * Đƣợc hỗ trợ bởi nhiều công ty * Chƣa có đầy đủ các thiết bị * Số lƣợng các node lớn (65k) để phát triển Để cho rõ ràng hơn, ta hãy làm một phép so sánh giữa Mạng ZigBee và một chuẩn không dây cũng khá phổ biến khác. 7 Bảng 1.2: So sánh ZigBee và Bluetooth Đặc tính ZigBee Bluetooth Tiêu thụ công suất 10W 100W Giá thành ( đầu 2005) 1,1 $ 3$ Độ nhạy -92dbm(0,63pW) -62dbm(6,2pW) 65536 node 7 node (trong sơ đồ sao) (trong sơ đồ sao) Độ an toàn 128 bit mã hóa 64/128 bit mã hóa Vùng làm việc Hiệu quả ở 10 - 75m Hiệu quả ở < 10m Độ linh hoạt Có thể thấy rằng với những ứng dụng cho nhiều phần tử, yêu cầu độ linh hoạt cao, giá thành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ thì dùng Mạng ZigBee là rất phù hợp. 1.3.3. Dải tần trong mạng ZigBee Tín hiệu truyền trong mạng ZigBee thực chất là tín hiệu radio và đƣợc hỗ trợ trong các dải tần số sau: Hình 1.2: Dải Tần ZigBee 8 Dải 868,3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu .Trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s. Dải 902 Mhz - 928 Mhz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ truyền thƣờng là 0kb/s. Dải 2,4 Ghz - 2,835 Ghz: có 16 kênh tín hiệu từ 11 - 26 với tốc độ truyền 250 kb/s. Trong nhiều ứng dụng, ngƣời ta hay dùng dải tần 2,4 Ghz - 2,835 Ghz. Đây là dải tần phổ biến và đƣợc hỗ trợ bởi nhiều thiết bị. Hơn nữa với mạng ZigBee, dải tần này có tới 16 kênh tín hiệu trong dải (mỗi kênh cách nhau 5MHz tần số) với tốc độ truyền lớn nhất: 250kb/s. Nhƣ vậy ta có thể thấy rằng mạng ZigBee đã thừa hƣởng những ƣu điểm của mạng cảm biến không dây nhƣ:  Độ linh động cao  Mức tiêu thụ năng lƣợng thấp  Bảo mật cao  Sử dụng nhƣ một chuẩn mở Sở dĩ có thể nói nhƣ vậy là do:  Mạng không dây bản chất là không tin cậy, nguyên nhân là do đặc tính vật lý của nó. Kim loại, nƣớc, thậm chí cả cơ thể con ngƣời cũng có thể là vật cản sóng hoặc ảnh hƣởng tới sóng truyền trong mạng không dây. Tránh một thiết bị không dây để nhận sóng truyền từ một thiết bị là hết sức dễ dàng. Chính vì thế, các thiết bị trong mạng ZigBee sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để làm tăng độ tin cậy của mạng không dây.  Bảo mật trong mạng ZigBee dựa trên thuật toán chuẩn mã hóa cao cấp – AES 128. Sự chứng thực và tính toàn vẹn của thông điệp đƣợc cung cấp bởi 1 bộ mã hóa để đảm bảo độ tin cậy giao tiếp giữa hai node trong mạng. Ý tƣởng của việc này dựa trên một trung tâm xác thực. Điển hình cho kiểu thiết kế này chính là thiết bị ZC (ZigBee Coordinator), nó đƣợc thiết kế nhƣ một trung tâm xác thực thông tin. 9 Khi mà khái niệm về trung tâm xác thực đƣợc sử dụng, tất cả khóa cho việc mã hóa thông tin giữa hai thiết bị đều đƣợc cung cấp bới trung tâm xác thực.  Mạng ZigBee đƣợc thiết kế và phân phối giống nhƣ một chuẩn mở toàn cầu. Nó cung cấp mọi khả năng cho các nhà sản xuất có thể sản xuất các thiết bị dựa trên các đặc tả ZigBee cung cấp với giả rẻ. Hơn thế nữa, sự tƣơng thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau là rất tốt, miễn sao các nhà sản xuất tuân thủ đúng các chuẩn do mạng ZigBee cung cấp. Đây là một điều có lợi cho ngƣời tiêu dùng, ngƣời tiêu dùng có thể mua giá rẻ, đƣợc lựa chọn các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau mà không cần lo lắng vấn đề tƣơng thích giữa các thiết bị ZigBee của các nhà sản xuất khác nhau. 1.4. Cấu trúc mạng cảm biến ZigBee 1.4.1. Tổng quan Trong truyền thông, khi thực hiện một giao thức, ngƣời ta thƣờng dựa trên một mô hình kiến trúc chuẩn. Bất kỳ một giao thức truyền thông nào đều có thể qui chiếu tới một lớp nào đó trong mô hình của kiến trúc tƣơng ứng. Trong truyền thông ta đã biết đến mô hình qui chiếu OSI 7 lớp. Trong mạng ZigBee, ngƣời ta cũng định nghĩa một kiến trúc giao tiếp, đó là kiến trúc ZigBee. Có thể hiểu kiến trúc này cũng tƣơng tự nhƣ kiến trúc OSI 7 lớp trong truyền thông công nghiệp. Hình 1.3 : Kiến trúc OSI và kiến trúc ZigBee