LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)的一種路由節(jié)能機(jī)制研究

【摘要】：ZigBee技術(shù)在IEEE802.15.4工作組和ZigBee聯(lián)盟的推動(dòng)下，在工業(yè)監(jiān)控、軍事安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等傳統(tǒng)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，能夠完成數(shù)字、語(yǔ)音通信、信息采集以及定位的功能，為生產(chǎn)生活提供了極大的便利。 ZigBee技術(shù)從協(xié)議的提出到產(chǎn)品上市只用了短短幾年時(shí)間，就以其綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)跑于其他短距離無(wú)線通信技術(shù)，在科研與產(chǎn)業(yè)均得到了極大的關(guān)注。但是，研究表明從ZigBee協(xié)議本身到實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題客觀地反映了技術(shù)本身仍然存在諸多問題。在現(xiàn)階段提倡綠色地球低碳環(huán)保的社會(huì)環(huán)境下，ZigBee技術(shù)的低能耗特點(diǎn)成為其最大賣點(diǎn)的同時(shí)也成為了研究的熱點(diǎn)。 本文在對(duì)LR-WPAN/ZigBee技術(shù)的協(xié)議框架進(jìn)行深入了解的同時(shí)，通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)明確了以現(xiàn)階段LR-WPAN/ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的能耗降低問題為研究點(diǎn)，根據(jù)各個(gè)協(xié)議層次自身的功能、特點(diǎn)以及研究現(xiàn)狀，將重點(diǎn)放在了在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上降低節(jié)點(diǎn)能耗、均衡網(wǎng)絡(luò)能耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期的網(wǎng)絡(luò)層路由相關(guān)策略的研究上。并通過(guò)分析現(xiàn)階段ZigBee網(wǎng)絡(luò)中路由算法及節(jié)點(diǎn)利用中存在的一些問題提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能與節(jié)點(diǎn)能耗的雙贏。 本文的創(chuàng)新工作主要分為以下幾個(gè)方面： 1.針對(duì)現(xiàn)有LR-WPAN/ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法中部分節(jié)點(diǎn)能量消耗過(guò)快導(dǎo)致的能量不均與網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的問題，提出一種綜合網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)自身能力、相互位置以及剩余能量的路由策略。該策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)中原有節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)及功能進(jìn)行了重新定義，并將重新定義的鄰居表引入到路由選擇過(guò)程當(dāng)中，在進(jìn)行路由選擇時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)自身的鄰居節(jié)點(diǎn)信息以及路由執(zhí)行能力通過(guò)節(jié)點(diǎn)剩余能量限制以及冗余分組控制等方式對(duì)到達(dá)的分組進(jìn)行不同的處理。通過(guò)仿真分析證明了改進(jìn)策略有效的減少了網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)的能量消耗，均衡了網(wǎng)絡(luò)中能量，有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)整體的生存周期。 2.針對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中不可避免出現(xiàn)的孤立節(jié)點(diǎn)問題，提出了一種節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)策略。該策略根據(jù)網(wǎng)絡(luò)原定拓?fù)鋮?shù)綜合考慮潛在父節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)信息進(jìn)行節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，并通過(guò)仿真分析證明了改進(jìn)策略能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 【關(guān)鍵詞】：LR-WPAN/ZigBee 能量均衡 混合路由 孤立節(jié)點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 LR-WPAN/ZigBee 技術(shù)概述11-14
• 1.2.1 LR-WPAN/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置11-13
• 1.2.2 LR-WPAN/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)13-14
• 1.3 LR-WPAN/ZigBee 技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 IEEE802.15.4 工作組14-15
• 1.3.2 LR-WPAN/ZigBee 技術(shù)發(fā)展15-16
• 1.3.3 LR-WPAN/ZigBee 技術(shù)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 LR-WPAN/ZigBee 能耗降低問題研究現(xiàn)狀及存在問題18-19
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容19-22
• 第2章 LR-WPAN/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 IEEE802.15.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)22-27
• 2.2.1 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)物理層（PHY）23-24
• 2.2.2 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)媒體接入控制層（MAC）24-27
• 2.3 ZigBee 規(guī)范27-33
• 2.3.1 ZigBee 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層（NWK）28-32
• 2.3.2 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用層（APL）32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 LR-WPAN/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層路由算法研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 LR-WPAN/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層路由算法分析34-45
• 3.2.1 DSDV 與 DSR 路由算法研究35-36
• 3.2.2 AODV 路由算法研究36-38
• 3.2.3 AODVjr 路由算法研究38-40
• 3.2.4 Cluster-Tree 路由算法研究40-43
• 3.2.5 ZBR 路由算法研究43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能混合路由策略研究46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 ZigBee 路由算法存在的問題46-50
• 4.3 基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量均衡的混合路由算法研究50-57
• 4.3.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)性質(zhì)及功能描述50-51
• 4.3.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)鄰居表51-52
• 4.3.3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量閾值52-53
• 4.3.4 網(wǎng)絡(luò)分組廣播轉(zhuǎn)發(fā)控制53-54
• 4.3.5 改進(jìn)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能混合路由策略54-57
• 4.4 算法仿真及性能分析57-61
• 4.4.1 仿真環(huán)境57-58
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 ZigBee 節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)機(jī)制研究62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)及地址分配機(jī)制分析62-63
• 5.3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中孤立節(jié)點(diǎn)現(xiàn)象分析63-66
• 5.4 基于潛在父節(jié)點(diǎn)數(shù)量的節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)機(jī)制研究66-71
• 5.4.1 改進(jìn)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)機(jī)制66-69
• 5.4.2 節(jié)點(diǎn)重入網(wǎng)策略分析69-71
• 5.5 仿真結(jié)果與分析71-72
• 5.5.1 網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景設(shè)置71
• 5.5.2 仿真結(jié)果與分析71-72
• 5.6 本章小結(jié)72-74
• 第6章 全文總結(jié)與展望74-76
• 6.1 全文總結(jié)74-75
• 6.2 下一步工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 作者簡(jiǎn)介84
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果84-86
• 致謝86-87

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基于ZigBee技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)    俞海

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