ZigBee节点设计与能量均衡分簇调度算法的研究

摘要

ZigBee无线传感器网络近来已得到了飞跃的发展和广泛应用，在体现其巨大优势的同时，也暴露了很多缺陷。能量与能耗成为制约无线传感器网络生存寿命的最大障碍。前人提出了很多分簇算法，通过数据融合和调度簇成员节点工作模式等方式减少节点能耗，均衡网络节点能量，在一定程度上延长了网络生存寿命，提高了能量的利用效率。论文在已有的研究成果上，提出了一种EBMHC（energy balance multi-hop clustering routing algorithm）分簇调度算法，以延长网络的生存寿命，提高网络的可靠性。
　　首先介绍了无线传感器网络的国内外研究现状，并对ZigBee技术进行了介绍，通过对ZigBee协议进行具体分析，总结ZigBee无线传感器网络技术中存在的缺陷与挑战。
　　然后，针对基于ZigBee技术的节点硬件结构进行分析，根据低功耗的要求对硬件设计进行器件选型，并对设计的硬件节点进行了大量的网络节点性能测试，硬件测试结果显示节点的性能达到了设计的要求，为后续的分簇调度算法模拟调度测试提供了可靠的硬件平台。
　　紧接着对无线传感器网络的分簇调度技术进行介绍，并通过几种典型的分簇算法，总结出目前分簇调度技术中存在的问题。针对存在的问题，结合ZigBee无线传感器网络低功耗的目的，文章重点提出了能量均衡多跳分簇路由（EBMHC）算法，算法在分簇阶段采用集中式分簇方法，在竞争簇头阶段采用分布式方法。算法的负载调度采用发送方主动的异步无响应低功耗调度机制，减少网络通信和节点不必要的高功耗侦听，根据节点自身剩余能量选择能量较高的节点承担数据融合和转发任务，使网络节点能量趋于平衡，以达到延长网络生存寿命的目的。
　　最后，利用Matlab对能量均衡多跳分簇路由算法进行了仿真验证，结果显示能量均衡多跳分簇路由算法延长了网络生存周期。

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第一章 绪 论

1.1课题背景及国内外研究现状

1.2课题的提出

1.3论文研究内容

1.4论文结构

第二章 ZigBee技术简介

2.1无线传感器网络

2.2 ZigBee技术介绍

2.3 ZigBee协议栈的分层架构

2.4 ZigBee无线传感器网络面临的挑战

2.5本章小结

第三章 ZigBee节点设计

3.1 ZigBee节点硬件分析

3.2节点硬件设计与实现

3.3本章小结

第四章 分簇调度技术研究与设计

4.1分簇调度技术概述

4.2典型WSNs分簇调度算法

4.3分簇调度算法存在问题分析

4.4 EBMHC算法思想

4.5 EBMHC算法网络模型

4.6 EBMHC算法描述

4.7本章小结

第五章 ZigBee节点测试与算法仿真验证

5.1节点测试及性能分析

5.2 EBMHC算法参数确定

5.3 EBMHC算法Matlab仿真及分析

5.4 EBMHC算法节点调度测试

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果