Z-Wave节能路由协议的研究

【摘要】：Z-Wave协议是无线传感器网络的一种新协议。由于Z-Wave网络中的设备大多是靠电池供电，而电池的能量是有限的，所以如何延长网络中节点的寿命和整个网络的生存时间已经成为了一个不可忽视的问题。 本文首先分析并研究了无线传感器网络的路由协议及其相关的节能机制，然后着重分析了Z-Wave的路由协议的实现过程，简述了现有的节能机制以及存在的一些问题，最后提出了一种增强型能量感知的节能路由算法，对原Z-Wave路由协议的路由发现过程进行了改进，延长了网络的生存期，同时保证了网络的性能。 论文的主要工作是： 1.研究了无线传感器网络的路由协议及其节能机制，分析了路由协议和节能机制中存在的问题。 2.详细分析了Z-Wave的路由协议以及现有的节能机制，重点讨论了睡眠时间间隔的问题、瓶颈节点的问题以及由于节点的移动带来的网络重新路由发现而带来的一系列网络开销问题。 3.针对现有的Z-Wave网络节能机制中存在的问题，给出了一种增强型能量感知的节能路由算法。通过将能量和跳数两个参数引入到路由代价的计算中，使用加权因子，优化了原Z-Wave路由协议。基于此设计了一种新的节能路由协议，给出了协议的报文结构和路由发现机制。 4.最后在OMNeT++平台下对改进后的路由协议进行了仿真。结果表明：改进后的节能路由算法可以有效降低网络能量消耗、保护低能量节点、延长网络的生存时间。 【关键词】：无线传感器 Z-Wave协议 路由 节能 能量感知
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 选题背景8-9
• 1.2 无线传感器网络路由协议9-11
• 1.2.1 无线传感器网络路由协议的特点9-10
• 1.2.2 无线传感器网络路由协议设计要求10
• 1.2.3 无线传感器网络节能问题10-11
• 1.3 Z-Wave 无线通信协议11-13
• 1.3.1 Z-Wave 的产生背景11-12
• 1.3.2 Z-Wave 的技术特点12-13
• 1.4 论文主要工作13
• 1.5 论文章节安排13-16
• 第二章 无线传感器网络路由协议与节能机制16-26
• 2.1 无线传感器网络路由的协议16-21
• 2.1.1 基于网络分层的路由协议16-17
• 2.1.2 基于数据的路由协议17-19
• 2.1.3 基于地理位置的路由协议19-20
• 2.1.4 基于 QoS 的路由协议20-21
• 2.1.5 路由协议的总结21
• 2.2 无线传感器网络节能机制21-24
• 2.2.1 动态功率控制21-22
• 2.2.2 节点发射功率的自适应控制22
• 2.2.3 能量感知路由节能机制22-24
• 2.2.4 节能问题的本质24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 Z-Wave 路由协议与节能机制的研究26-40
• 3.1 Z-Wave 协议26-30
• 3.1.1 Z-Wave 协议栈26-28
• 3.1.2 Z-Wave 网络配置28-30
• 3.2 Z-Wave 路由协议30-36
• 3.2.1 组网过程31-32
• 3.2.2 路由建立32-34
• 3.2.3 路由发现34-35
• 3.2.4 路由维护35
• 3.2.5 路由信息传输过程35-36
• 3.3 Z-Wave 协议的节能机制36-39
• 3.3.1 现有节能机制36-37
• 3.3.2 节点睡眠机制37-38
• 3.3.3 存在问题38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 增强型能量感知的 Z-Wave 节能路由协议40-48
• 4.1 增强型能量感知的节能路由算法41-43
• 4.1.1 节能路由算法的设计41
• 4.1.2 路由代价函数41-42
• 4.1.3 加权因子42
• 4.1.4 路由的能量参数42-43
• 4.2 节能路由协议的设计43-47
• 4.2.1 报文设计43-45
• 4.2.2 改进的路由发现机制45-47
• 4.2.3 改进的路由协议的特点47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 仿真结果与性能分析48-54
• 5.1 OMNeT++平台概述48-50
• 5.1.1 OMNeT++组成48-49
• 5.1.2 OMNeT++仿真过程49-50
• 5.2 仿真场景设定50-51
• 5.2.1 实验环境50
• 5.2.2 仿真场景及参数设定50-51
• 5.3 仿真结果分析51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 结束语54-56
• 6.1 工作总结54
• 6.2 展望54-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-61

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