LR-WPAN网络的一种路由节能机制研究

【摘要】：ZigBee技术在IEEE802.15.4工作组和ZigBee联盟的推动下，在工业监控、军事安全、农业生产、环境保护、医疗卫生等传统领域取得了成功的应用，能够完成数字、语音通信、信息采集以及定位的功能，为生产生活提供了极大的便利。 ZigBee技术从协议的提出到产品上市只用了短短几年时间，就以其综合性能远远领跑于其他短距离无线通信技术，在科研与产业均得到了极大的关注。但是，研究表明从ZigBee协议本身到实际应用中出现的问题客观地反映了技术本身仍然存在诸多问题。在现阶段提倡绿色地球低碳环保的社会环境下，ZigBee技术的低能耗特点成为其最大卖点的同时也成为了研究的热点。 本文在对LR-WPAN/ZigBee技术的协议框架进行深入了解的同时，通过阅读大量的文献明确了以现阶段LR-WPAN/ZigBee网络中的能耗降低问题为研究点，根据各个协议层次自身的功能、特点以及研究现状，将重点放在了在不影响网络性能的基础上降低节点能耗、均衡网络能耗、延长网络生存周期的网络层路由相关策略的研究上。并通过分析现阶段ZigBee网络中路由算法及节点利用中存在的一些问题提出了相应的改进方案，最终实现网络性能与节点能耗的双赢。 本文的创新工作主要分为以下几个方面： 1.针对现有LR-WPAN/ZigBee网络路由算法中部分节点能量消耗过快导致的能量不均与网络分区的问题，提出一种综合网络中节点自身能力、相互位置以及剩余能量的路由策略。该策略对网络中原有节点的性质及功能进行了重新定义，并将重新定义的邻居表引入到路由选择过程当中，在进行路由选择时，根据节点自身的邻居节点信息以及路由执行能力通过节点剩余能量限制以及冗余分组控制等方式对到达的分组进行不同的处理。通过仿真分析证明了改进策略有效的减少了网络中部分节点的能量消耗，均衡了网络中能量，有效延长了网络整体的生存周期。 2.针对ZigBee网络拓扑结构构建及网络运行过程中不可避免出现的孤立节点问题，提出了一种节点入网策略。该策略根据网络原定拓扑参数综合考虑潜在父节点的个数信息进行节点入网，并通过仿真分析证明了改进策略能够有效提高网络中节点的能量利用率，延长网络的生命周期。 【关键词】：LR-WPAN/ZigBee 能量均衡 混合路由 孤立节点
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 LR-WPAN/ZigBee 技术概述11-14
• 1.2.1 LR-WPAN/ZigBee 网络设备配置11-13
• 1.2.2 LR-WPAN/ZigBee 网络拓扑结构13-14
• 1.3 LR-WPAN/ZigBee 技术发展及现状14-18
• 1.3.1 IEEE802.15.4 工作组14-15
• 1.3.2 LR-WPAN/ZigBee 技术发展15-16
• 1.3.3 LR-WPAN/ZigBee 技术研究现状16-18
• 1.4 LR-WPAN/ZigBee 能耗降低问题研究现状及存在问题18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-22
• 第2章 LR-WPAN/ZigBee 网络协议分析22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 IEEE802.15.4 协议标准22-27
• 2.2.1 IEEE802.15.4 标准物理层（PHY）23-24
• 2.2.2 IEEE802.15.4 标准媒体接入控制层（MAC）24-27
• 2.3 ZigBee 规范27-33
• 2.3.1 ZigBee 协议网络层（NWK）28-32
• 2.3.2 ZigBee 协议应用层（APL）32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 LR-WPAN/ZigBee 网络层路由算法研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 LR-WPAN/ZigBee 网络层路由算法分析34-45
• 3.2.1 DSDV 与 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 本章小结45-46
• 第4章 ZigBee 网络节能混合路由策略研究46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 ZigBee 路由算法存在的问题46-50
• 4.3 基于网络节点能量均衡的混合路由算法研究50-57
• 4.3.1 网络节点性质及功能描述50-51
• 4.3.2 网络节点邻居表51-52
• 4.3.3 网络节点能量阈值52-53
• 4.3.4 网络分组广播转发控制53-54
• 4.3.5 改进的 ZigBee 网络节能混合路由策略54-57
• 4.4 算法仿真及性能分析57-61
• 4.4.1 仿真环境57-58
• 4.4.2 实验结果及分析58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 ZigBee 节点入网机制研究62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 ZigBee 网络的组网及地址分配机制分析62-63
• 5.3 ZigBee 网络中孤立节点现象分析63-66
• 5.4 基于潜在父节点数量的节点入网机制研究66-71
• 5.4.1 改进的 ZigBee 网络节点入网机制66-69
• 5.4.2 节点重入网策略分析69-71
• 5.5 仿真结果与分析71-72
• 5.5.1 网络场景设置71
• 5.5.2 仿真结果与分析71-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第6章 全文总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 下一步工作展望75-76
• 参考文献76-84
• 作者简介84
• 攻读硕士学位期间的科研成果84-86
• 致谢86-87

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