ZigBee网络层AODVjr路由算法的节能研究

【摘要】：ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术,由于它本身的一些优越性,如低成本、低耗能、低速率、高安全等,使ZigBee技术一出现就等得到了诸多厂商的鼎力支持,所以发展非常迅速,在工业控制、通信业务、家庭自动化等很多领域得到了应用。ZigBee网络中的节点在实际使用中一般都是用电池供电的,而且很多应用场合不好更换电池,或者根本不能更换电池。因此,怎么利用电池有限的能量,怎么尽量节约电池的能量,是ZigBee网络中非常重要的一个问题,ZigBee网络的节约能耗的研究也是一个非常重要的研究方向。 本文对ZigBee网络能耗问题做了相关研究,首先简要的介绍了ZigBee协议的特点及ZigBee的主要应用领域,比如工控、家庭自动化等领域应用。其次,介绍了ZigBee网络节点类型、拓扑结构及ZigBee网络的建网过程。之后,详细介绍了ZigBee网络层的簇树路由算法和AODVjr路由算法。对于簇树路由算法的原理、地址分配机制及路由寻址方式做了详细阐述,并指出了现有簇树路由算法存在的问题。文中针对簇树路由算法的不足之处提出了改进的簇树路由算法,并进行了实验仿真及分析,实验证明提出的改进算法是有效的。 由于ZigBee网络的AODVjr路由算法是AODV路由算法发展而来的,因此在介绍AODVjr路由算法之前详细描述了AODV路由算法,并指出了AODVjr路由算法相对于AODV路由算法做了哪些改动和这些改动造成的影响。简要介绍了能量路由的指标和无线传感器网络中的能量路由之后,提出了能量阀值的概念。根据现有网络层AODVjr算法,本文提出了一种改进AODVjr路由算法。在改进AODVjr算法中,使用了能量阀值,并且限制了路由请求控制分组RREQ的广播范围和广播方向。由于使用了能量阀值,对ZigBee网络中能量较低的节点进行了一定的保护,而限制路由请求控制分组RREQ的广播范围和广播方向则减少了不必要的网络路由开销,节约了能量,延长了网络整体工作时间。 同时,应用网络仿真工具OPNET对改进AODVjr路由算法进行了仿真,对实验结果进行了详细的分析,通过和原AODVjr路由算法进行对比,证明改进的AODVjr路由算法对于减少ZigBee网络的总体能量消耗和延长整个网络的寿命是有显著作用的,改进的路由算法达到了预期的目的。 【关键词】：ZigBee网络 能量消耗 路由开销 AODVjr路由算法 OPNET
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10
• 1.2 ZigBee国内外研究现状和发展趋势10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.2.3 发展趋势12-13
• 1.3 研究目的与意义13-14
• 1.4 论文的主要内容和章节安排14-16
• 第2章 ZigBee网络介绍16-27
• 2.1 ZigBee协议的特点和应用16-19
• 2.1.1 ZigBee协议的特点16-17
• 2.1.2 ZigBee协议的应用17-19
• 2.2 ZigBee协议栈介绍19-22
• 2.2.1 ZigBee协议物理层20
• 2.2.2 ZigBee协议MAC层20-21
• 2.2.3 ZigBee协议网络层21-22
• 2.3 ZigBee网络节点类型22
• 2.4 ZigBee网络拓扑结构22-24
• 2.5 ZigBee网络中的地址24
• 2.6 ZigBee网络的建立24-25
• 2.7 本章小结25-27
• 第3章 ZigBee路由算法研究27-37
• 3.1 ZigBee簇树路由算法27-30
• 3.1.1 地址分配机制27-28
• 3.1.2 簇树路由寻址28
• 3.1.3 簇树路由算法存在的问题28-29
• 3.1.4 簇树路由算法的改进29-30
• 3.1.5 实验仿真和分析30
• 3.2 AODV算法30-34
• 3.2.1 算法基本原理介绍30-32
• 3.2.2 AODV路由表的结构及路由控制分组32-34
• 3.2.3 AODV算法路由维护34
• 3.2.4 AODV算法的缺点34
• 3.3 ZigBee网络中的AODVjr算法34-36
• 3.3.1 AODVjr算法的路由发现35
• 3.3.2 AODVjr算法的路由维护及本地修复过程35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 基于AODVjr的节能路由算法37-50
• 4.1 ZigBee网络的能耗因素研究37-40
• 4.1.1 能量路由的相关指标37-38
• 4.1.2 无线传感器网络中的能量路由38-40
• 4.2 改进AODVjr节能路由算法的提出40-41
• 4.3 改进的AODVjr节能路由算法41-44
• 4.3.1 定义节点能量阀值41-42
• 4.3.2 确定RREQ控制分组的广播范围42-43
• 4.3.3 确定RREQ控制分组的广播方向43-44
• 4.3.4 改进AODVjr路由算法方案44
• 4.4 仿真实验44-49
• 4.4.1 仿真工具简介44-46
• 4.4.2 改进AODVjr路由算法的仿真46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 总结和展望50-52
• 5.1 总结50-51
• 5.2 未来工作展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 附录56-57
• 详细摘要57-60

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