面向智能校园的ZigBee网络性能仿真及可靠路径改进

摘要

随着IBM提出的“智慧地球”被列为美国国家战略以后,我国国务院总理温家宝在无锡视察时也提出了“感知中国”的思想。作为“智慧地球”、“感知中国”核心的“物联网”在世界各地开始蓬勃的发展。“智能校园”作为“物联网”面向学校的应用领域,引领了包括大学、中学、小学在内的智能化建设和发展的方向。“感知校园”的应用将为提高学校的信息化、管理的高效化以及管理成本的降低,提供强力的技术支持平台。
　　 zigBee作为一种新兴的短距离、低速率、低功耗的无线网络技术,非常适合设计智能校园的无线传感器网络WSN。因此研究如何利用ZigBee实现以传感器终端互联为目标的智能校园应用具有非常重要的实用价值。本文旨在研究如何通过ZigBee技术更好的设计智能校园平台,对平台执行性能进行仿真评估,并且对ZigBee执行中的不足进行反馈和改进。
　　 本文以校园智能化建设应用需要为背景,运用现今世界上非常流行的网络仿真技术,进行基于校园网络的ZigBee性能测试。通过ZigBee设备的组合搭配和ZigBee各层次的参数调整,我们在网络仿真工具中设计出了不同的智能校园应用场景,经过DES和虚拟化技术生成了仿真结果。根据数据报告分析,ZigBee不但可以实现传感器的稳定数据收发和较低的延迟,还支持网络的自组织功能,同时提供了对固定.ZigBee设备和移动ZigBee设备的组网支持。仿真环境中,我们比较了ZigBee三种拓扑结构在面向校园应用时性能的差异,以及分析了ZigBee路由在节点不稳定,导致拓扑结构不断变化对网络性能的影响,并且提供了一种基于可靠路径的路由算法,以改善路由算法的性能,通过适应于动态网络拓扑变化的备份路径算法,对网络的吞吐量和延迟问题明显改善。最后证明了ZigBee相比较于Wi-Fi和蓝牙技术,更加适合智能校园的应用。
　　 物联网的应用包括智能校园、智能家居、智能能源、智能交通、智能医疗等领域。本文以智能校园为代表,描述了ZigBee技术在校园中的使用。为了实现学校管理的高效,我们在智能校园中引入了ZigBee网关。通过ZigBee网关,既可以实现对GSM手机网络的连接,又能实现计算机网络的接入功能。而智能校园的建设,主要是考虑ZigBee网络如何跟现有的校园网实现无缝连接。这里我们的思路是,ZigBee不是对现有校园网建设的全盘否定,而是可以在现有网络环境的基础之上,为智能校园的应用提供更为有效的补充。
　　 智能校园的出现是社会生活发展的必然趋势。ZigBee作为智能校园技术应用尚处于萌芽阶段,但随着技术发展的日渐成熟,学校智能化系统也将不断完善,促使教育质量和教育水平迈向新的高度。

目录

文摘

英文文摘

TABLE OF CONTENTS

第一章 引言

1.1 课题背景

1.1.1 问题的提出

1.1.2 ZigBee在校园智能化发展中的作用

1.2 本文主要研究内容

1.3 论文结构组织

第二章 ZigBee概述

2.1 ZigBee的性能规格

2.2 ZigBee网络体系结构

2.2.1 应用层(Application Layer,APL)

2.2.2 网络层(Network Layer)

2.2.3 安全服务提供者(Security Service Provider)

2.2.4 介质访问控制层(Medium Access Control Layer)

2.2.5 物理层(Physical Layer)

2.3 ZigBee设备类型及网络拓扑

2.3.1 星型拓扑结构

2.3.2 树型拓扑结构

2.3.3 网状拓扑结构

2.4 本章小结

第三章 智能校园概述

3.1 智能校园源于物联网

3.1.1 物联网的定义

3.1.2 物联网的背景与发展

3.1.3 物联网应用领域

3.2 智能校园的国内外研究现状

3.3 智能校园的主要功能

3.4 本章小结

第四章 基于ZigBee的智能校园设计、性能仿真及路由改进

4.1 基于ZigBee的智能校园设计

4.1.1 基于ZigBee的校园网规划与设计

4.1.2 基于ZigBee的校园考勤方案

4.1.3 ZigBee网络的维护

4.2 基于ZigBee的智能校园网络的性能仿真

4.2.1 OPnet仿真平台简介

4.2.2 基于ZigBee的校园网的拓扑选择

4.2.3 智能校园面向移动应用的网络稳定性分析

4.2.4 基于当机的ZigBee网络自愈性

4.2.5 面向智能校园的ZigBee网络的局限性

4.3 基于可靠路径的智能校园路由改进

4.3.1 ZigBee的缺省路由

4.3.2 基于智能校园的可靠路由算法

4.4 本章小结

结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

学位论文评阅及答辩情况表