基于LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)能路由算法的研究

【摘要】：ZigBee技術(shù)是一種低速率、低功耗、低成本、高可靠性和可組建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的技術(shù),它可應(yīng)用在工業(yè)控制、智能家居監(jiān)控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、軍事作戰(zhàn)、安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。IEEE 802.15.4和ZigBee聯(lián)盟聯(lián)合致力于一種低速率網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)。IEEE 802.15.4負(fù)責(zé)制訂底部的兩層:物理層和媒體接入控制層;ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制訂協(xié)議的上層:網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。目前,節(jié)約能耗是LR-WPAN的研究熱點(diǎn),因?yàn)楣?jié)能是一個(gè)永恒的話題,現(xiàn)在提倡的低碳生活就是要把節(jié)能的概念放在第一位。 本文在了解ZigBee各層協(xié)議的基礎(chǔ)上,深入研究了ZigBee網(wǎng)絡(luò)層路由算法,通過閱讀大量的ZigBee路由優(yōu)化的參考文獻(xiàn),又對ZigBee路由(ZBR)的性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析,提出了以下創(chuàng)新研究點(diǎn):一是針對RN+節(jié)點(diǎn)的特性,提出優(yōu)化RN+節(jié)點(diǎn)的路由方式,使得RN+節(jié)點(diǎn)不會(huì)因?yàn)槟芰窟^低退出網(wǎng)絡(luò)而使網(wǎng)絡(luò)不可用,該算法可以有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開銷,延長網(wǎng)絡(luò)壽命。二是利用分簇來確定FFD節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中采用何種路由算法,并在分簇的基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行優(yōu)化。該算法能夠節(jié)省很大一部分無謂的能量消耗,可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量,延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。 本文共分為五章,章節(jié)安排如下: 第1章是緒論。主要對無線個(gè)域網(wǎng)WPAN技術(shù)及低速無線個(gè)域網(wǎng)LR-WPAN技術(shù)進(jìn)行簡要介紹,重點(diǎn)介紹了ZigBee技術(shù)各個(gè)層次的研究現(xiàn)狀,研究者們針對各個(gè)層次的研究點(diǎn),應(yīng)用場合及發(fā)展前途。還將ZigBee技術(shù)與其他無線短距離通信技術(shù)進(jìn)行了比較,以表現(xiàn)出ZigBee的優(yōu)越性。概括了本文的主要工作內(nèi)容。 第2章是IEEE 802.15.4/ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及技術(shù)概述部分,概述了ZigBee技術(shù)協(xié)議的結(jié)構(gòu),IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的物理層(PHY)和媒體接入控制層(MAC),ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層(NWK)及應(yīng)用層(APL)以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),為后續(xù)的理論研究做了一定的鋪墊。 第3章是基于節(jié)點(diǎn)特性的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化路由算法,該章首先介紹了一些與LR-WPAN/ZigBee網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的路由算法(AODV算法,AODVjr算法及Cluster-tree算法),然后總結(jié)了一些與ZigBee路由相關(guān)的論文,提出了一種優(yōu)化RN+節(jié)點(diǎn)路由的算法(F-ZBR),該算法規(guī)定網(wǎng)絡(luò)傳輸路由請求分組(RREQ)的最大跳數(shù),減少部分的冗余RREQ分組,又根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的父子關(guān)系來限制路由請求分組的走向,以減少另一部分冗余的RREQ分組;還定義了最小路由能量,使得能量較低的RN+節(jié)點(diǎn)采用比AODVjr能耗小的Cluster-tree算法尋找路由,盡可能的減少能量低的RN+節(jié)點(diǎn)的能量消耗;又在RREQ分組中加入了能量標(biāo)志位,使得經(jīng)過能量低的RN+節(jié)點(diǎn)的RREQ分組將能量標(biāo)志位置為1,當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)在選擇路徑時(shí),會(huì)盡量選擇能避開能量低的RN+節(jié)點(diǎn)的路徑。通過從分組投遞率,網(wǎng)絡(luò)中可用節(jié)點(diǎn)比率,網(wǎng)絡(luò)剩余能量百分比三方面對該算法進(jìn)行仿真分析,并與ZigBee原有協(xié)議中的算法進(jìn)行比較。 第4章是基于分簇的ZigBee mesh網(wǎng)絡(luò)路由算法,該章首先介紹了ZigBee網(wǎng)絡(luò)中分簇算法的基本思想,又概述了一種比較好的分簇方法。提出了一種新的基于分簇的路由優(yōu)化算法(ZCLR),該算法基于節(jié)點(diǎn)的特性對簇中的節(jié)點(diǎn)分配角色,距離中央?yún)f(xié)調(diào)器偶數(shù)跳的有路由能力的節(jié)點(diǎn)作為簇頭,并采用Cluster-tree路由算法;而距離中央?yún)f(xié)調(diào)器奇數(shù)跳的有路由能力的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān),采用AODVjr路由算法。該算法又在分簇的基礎(chǔ)上控制了RREQ分組泛洪的走向,限制了簇內(nèi)泛洪。通過從端到端時(shí)延,分組投遞率,網(wǎng)絡(luò)剩余能量比率,簇頭節(jié)點(diǎn)能耗四方面對該算法進(jìn)行仿真分析,并與ZigBee原有協(xié)議中的算法進(jìn)行比較。 第5章是總結(jié)部分,對全文進(jìn)行了總結(jié),并對ZigBee網(wǎng)絡(luò)今后的發(fā)展方向,節(jié)能問題可能會(huì)涉及的研究點(diǎn)進(jìn)行介紹,還指出了LR-WPAN發(fā)展中需要進(jìn)一步解決的問題。 【關(guān)鍵詞】：LR-WPAN ZigBee 節(jié)能 RN+節(jié)點(diǎn) 分簇
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 低速無線個(gè)域網(wǎng)LR-WPAN/ZigBee 技術(shù)及其研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 ZigBee 與其它短距離無線技術(shù)性能比較13-14
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 IEEE 802.15.4/ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及技術(shù)概述16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)特性16-18
• 2.2.1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型16-17
• 2.2.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-18
• 2.3 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)18-23
• 2.3.1 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的物理層(PHY)18-20
• 2.3.2 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的媒體接入控制層(MAC)20-23
• 2.4 ZigBee 協(xié)議23-25
• 2.4.1 ZigBee 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層(NWK)24-25
• 2.4.2 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用層(APL)25
• 2.5 本章小結(jié)25-28
• 第3章 基于節(jié)點(diǎn)特性的LR-WPAN 網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化路由算法28-50
• 3.1 引言28
• 3.2 LR-WPAN 網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)路由算法28-39
• 3.2.1 AODV 路由算法28-34
• 3.2.2 AODVjr 路由算法34-35
• 3.2.3 Cluster-Tree(等級樹路由)35-39
• 3.2.4 ZigBee 路由算法的相關(guān)研究39
• 3.3 基于節(jié)點(diǎn)特性的LR-WPAN 網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化路由算法(F-ZBR)39-45
• 3.3.1 ZigBee 路由協(xié)議分析39-40
• 3.3.2 冗余RREQ 分組的處理40-41
• 3.3.3 最小路由能量的設(shè)定41-42
• 3.3.4 RREQ 中加入能量標(biāo)志位42-43
• 3.3.5 F-ZBR 路由算法執(zhí)行步驟43-45
• 3.4 仿真分析45-48
• 3.4.1 仿真環(huán)境45-46
• 3.4.2 結(jié)果分析46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 基于分簇的ZigBee mesh 網(wǎng)絡(luò)路由算法50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中基于分簇的路由算法50-55
• 4.2.1 分簇路由算法的基本思想50-51
• 4.2.2 ME-AODV 算法中的分簇方法51-55
• 4.3 基于分簇的路由算法55-58
• 4.3.1 分簇的描述55-57
• 4.3.2 ZCLR 算法57-58
• 4.4 仿真分析58-62
• 4.4.1 仿真環(huán)境58-59
• 4.4.2 結(jié)果分析59-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第5章 全文總結(jié)與展望64-66
• 5.1 全文總結(jié)64-65
• 5.2 下一步工作展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 作者簡介71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果71-72
• 致謝72-73

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無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作MAC協(xié)議和路由算法研究    鄭麗娜

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)技術(shù)及路由算法的研究    佟寧

延遲容忍網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究    馬柯

無線網(wǎng)絡(luò)路由算法和MAC性能改進(jìn)技術(shù)研究    王安保

多播路由算法的研究    余燕平

樓宇室內(nèi)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究    黃河

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化路由算法研究    江海峰

基于LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)能路由算法的研究    張曉帆

基于能量優(yōu)化的ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由算法研究    李濤

汽車行駛記錄儀系統(tǒng)及路由算法研究    羅艷霞

一種基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗干擾認(rèn)知路由算法    劉斌新

P4P路由算法的設(shè)計(jì)與研究    楊帥

DTN路由算法的研究與改進(jìn)    陳元甲

井下人員綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)路由算法的研究    韓寧

NoC中通信過熱點(diǎn)問題及容錯(cuò)路由方法研究    郭凱

無線AD HOC網(wǎng)絡(luò)中分簇路由算法的研究    孫慧濤

基于社會(huì)信息的移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)路由算法    黃曉華