基于能量优化的ZigBee网络树路由算法研究

摘要

ZigBee是一种低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信新技术,该技术主要针对低速率无线传感器和控制网络而设计,能广泛地应用于工业控制、家庭自动化以及医疗设备控制等无线通信应用场合。由于ZigBee网络中节点的能量资源、计算能力和带宽都非常有限,并且ZigBee节点一般由电池供电,ZigBee网络的寿命严重依赖节点电池能量的有效利用,因此节点电池能量的有效利用从而延长网络寿命在ZigBee网络中是至关重要的,ZigBee网络路由节能技术研究也将是一项非常有意义的课题。
　　 本文首先介绍了ZigBee网络的特点及基本概念,之后对目前ZigBee网络树路由算法和AODVjr路由算法进行了详细阐述,对部分公式做了相应证明,并分别分析了这两种路由算法所存在的不足。
　　 针对ZigBee网络树路由算法中某些节点可能会因为频繁传输数据造成节点过早耗尽电池能量的问题,提出一种改进的基于能量优化的ZigBee网络树路由算法。在优化算法中通过引入邻居表,并考虑节点深度,同时通过动态调整节点剩余能量的限定值,使路由选择的时尽量避开剩余能量较低的节点。仿真结果证明,改进算法均衡了网络的总体能量消耗,延长了网络的生命周期。
　　 同时,本文对基于能量优化的的树路由算法采用OMNET++仿真器进行仿真,并对实验结果进行详细地研究和分析。通过对实验结果的比较分析,证明了改进算法能有效地节省网络的总体能量消耗,实现网络负载均衡,最大化网络的生存时间。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景概述

1.2 ZigBee技术起源

1.3 研究目的及意义

1.4 论文组织

第二章 ZigBee网络介绍

2.1 ZigBee技术特点

2.2 ZigBee的协议栈

2.2.1 物理层

2.2.2 MAC层

2.3 ZigBee节点的分类

2.4 ZigBee网络的拓扑结构

2.5 ZigBee技术在无线传感器网络中的应用

2.6 ZigBee网络的应用

2.7 本章小结

第三章 ZigBee路由算法研究

3.1 ZigBee网络体系结构

3.1.1 ZigBee网络节点类型

3.1.2 ZigBee网络拓扑结构

3.1.3 ZigBee网络组网方式

3.2 ZigBee网络路由算法研究与分析

3.2.1 ZigBee网络树路由算法

3.2.2 ZigBee网络的AODVjr算法

3.3 本章小结

第四章 无线传感器网络能量能耗研究

4.1 能量路由的相关指标

4.2 无线传感器网络的能量路由

4.2.1 最小传输能量的路由

4.2.2 能量平均消耗的路由

4.2.3 待机节能策略

4.4 分析和比较

4.5 本章小结

第五章 基于能量优化的ZigBee树路由算法研究

5.1 ZigBee树路由算法存在的问题及改进算法的提出

5.2 改进算法设计

5.2.1 邻居表的定义

5.2.2 节点深度

5.2.3 动态设定节点的剩余能量值

5.2.4 改进的路由算法初始化

5.2.5 路由策略

5.2.6 算法分析

5.3 仿真实验

5.3.1 仿真工具OMNET++简介

5.3.2 树路由仿真

5.3.3 仿真结果分析

5.4 算法小结

第六章 结束语与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

参加的科研项目

学位论文评阅及答辩情况表