Mesh网络架构下ZigBee节能机制的研究与仿真

【摘要】： 从能量控制来看,ZigBee网络节能机制的提出及相关的性能分析评价,如何降低网络能量消耗,提高能量效率,如何避免因节点能量过度消耗而导致的节点过早死亡、如何延长网络分割时间的到来也是需要研究的重要内容。本文通过对ZigBee路由协议及节能机制进行研究,指出其在能量控制方面的不足之处,重点利用能量感知和功率控制路由,并将二者结合起来,同时针对ZigBee网络的特性,对选用的能量感知算法给出一种改进的阀值控制方案。通过使用仿真平台NS2,分析研究了优化后的协议在提高能量效率方面的性能,从而在仿真试验中验证了能量机制优化后的协议的优越性。 无线网格网络(Mesh)克服了传统网络的诸多缺点,其多跳性和自组织性极大地拓宽了网络的可通信范围,使得网络更具有扩展性。本文对ZigBee节能机制的研究主要针对ZigBee的mesh网络架构。 (1)论文介绍了ZigBee网络的基本概念。包括:应用前景、发展历史、网络特征以及ZigBee关键技术问题和主要成就。 (2)论文对ZigBee协议进行了具体的介绍,对ZigBee的各个层次包括物理层、媒体访问控制层、网络层和应用层的原理进行分析,并重点介绍了IEEE802.15.4的工作机制。IEEE802.15.4协议的使用是ZigBee能达到其节能指标的重要因素。 (3)论文分析了mesh网络的概念与ZigBee路由的工作方式,以及mesh网络架构在ZigBee中的实现,随后总结了ZigBee现有节能机制,并指出其不足之处。本文的节能机制的是在mesh网络架构之上运行的。 (4)论文详细叙述了能量感知路由和功率控制的基本原理,并选择合适的能量感知和功率控制算法与ZigBee结合起来,从而对ZigBee节能进行优化,同时针对ZigBee网络的特性,对选用的能量感知算法给出一种改进的阀值控制方案。将优化后的路由算法在仿真环境下进行实验数据分析,证明了优化后的优越性。 最后论文通过对现有的节能机制的总结与其在ZigBee节能中的应用,对ZigBee网络的路由协议和节能研究指出了不足之处并对其展望。 【关键词】：ZigBee mesh 能量感知 功率控制 NS2
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 ZIGBEE 技术背景概述8
• 1.2 ZIGBEE 技术的优势及应用领域8-9
• 1.3 国内外现状、水平及存在的问题9-10
• 1.4 论文的研究内容10-11
• 1.5 论文的研究目标及创新之处11-12
• 第2章 ZIGBEE 标准概述12-21
• 2.1 IEEE802.15.4 简介13-17
• 2.1.1 PHY 层13-15
• 2.1.2 MAC 层15-17
• 2.2 ZIGBEE 组网方案17-20
• 2.3 应用层规范简介20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 MESH 网络与ZIGBEE 路由协议研究21-26
• 3.1 无线MESH 网络概述21
• 3.2 CLUSTER-TREE 基本思想21-22
• 3.3 AODVJR 路由协议基本思想22-23
• 3.4 ZIGBEE 路由协议基本思想23-25
• 3.5 本章小结25-26
• 第4章 ZIGBEE 节能机制研究与改进26-43
• 4.1 节能机制概述26-27
• 4.2 ZIGBEE 现有节能机制27-28
• 4.3 网络层能量感知路由节能机制研究28-37
• 4.3.1 最小总传输功率路由MTPR28-29
• 4.3.2 基于节点剩余电池容量的路由协议29-30
• 4.3.3 利用能量感知思想的ZigBee 路由设计30-33
• 4.3.4 能量感知阀值控制方案的改进33-37
• 4.4 基于功率控制的ZIGBEE 网络节能控制研究37-41
• 4.4.1 基于节点距离的功率控制37-38
• 4.4.2 基于节点度的算法38-39
• 4.4.3 使用功率控制的ZigBee 节能机制设计39-41
• 4.5 使用功率控制的能量感知路由设计41-42
• 4.6 本章小结42-43
• 第5章 基于NS2 的仿真分析43-53
• 5.1 仿真软件的介绍43
• 5.2 NS2 中ZIGBEE 能量感知路由的设计43-47
• 5.3 NS2 中ZIGBEE 功率控制和能量感知路由的综合设计47
• 5.4 NS2 中的能量模型47-48
• 5.5 仿真协议的参数设定48-49
• 5.6 仿真数据结果分析49-52
• 5.7 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 附录 常用术语英汉对照表58-59
• 攻读学位期间公开发表的论文59

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