基于LR-WPAN网络层的节能路由算法的研究

【摘要】：ZigBee技术是一种低速率、低功耗、低成本、高可靠性和可组建大规模网络的技术,它可应用在工业控制、智能家居监控、医疗监护、军事作战、安全系统等领域。IEEE 802.15.4和ZigBee联盟联合致力于一种低速率网络标准的开发。IEEE 802.15.4负责制订底部的两层:物理层和媒体接入控制层;ZigBee联盟负责制订协议的上层:网络层和应用层。目前,节约能耗是LR-WPAN的研究热点,因为节能是一个永恒的话题,现在提倡的低碳生活就是要把节能的概念放在第一位。 本文在了解ZigBee各层协议的基础上,深入研究了ZigBee网络层路由算法,通过阅读大量的ZigBee路由优化的参考文献,又对ZigBee路由(ZBR)的性能进行了详细的分析,提出了以下创新研究点:一是针对RN+节点的特性,提出优化RN+节点的路由方式,使得RN+节点不会因为能量过低退出网络而使网络不可用,该算法可以有效地节省网络开销,延长网络寿命。二是利用分簇来确定FFD节点在网络中采用何种路由算法,并在分簇的基础上对网络的路由进行优化。该算法能够节省很大一部分无谓的能量消耗,可以节省网络能量,延长网络生命周期。 本文共分为五章,章节安排如下: 第1章是绪论。主要对无线个域网WPAN技术及低速无线个域网LR-WPAN技术进行简要介绍,重点介绍了ZigBee技术各个层次的研究现状,研究者们针对各个层次的研究点,应用场合及发展前途。还将ZigBee技术与其他无线短距离通信技术进行了比较,以表现出ZigBee的优越性。概括了本文的主要工作内容。 第2章是IEEE 802.15.4/ZigBee网络协议及技术概述部分,概述了ZigBee技术协议的结构,IEEE 802.15.4标准的物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC),ZigBee协议网络层(NWK)及应用层(APL)以及ZigBee网络结构,为后续的理论研究做了一定的铺垫。 第3章是基于节点特性的LR-WPAN网络能量优化路由算法,该章首先介绍了一些与LR-WPAN/ZigBee网络层相关的路由算法(AODV算法,AODVjr算法及Cluster-tree算法),然后总结了一些与ZigBee路由相关的论文,提出了一种优化RN+节点路由的算法(F-ZBR),该算法规定网络传输路由请求分组(RREQ)的最大跳数,减少部分的冗余RREQ分组,又根据节点之间的父子关系来限制路由请求分组的走向,以减少另一部分冗余的RREQ分组;还定义了最小路由能量,使得能量较低的RN+节点采用比AODVjr能耗小的Cluster-tree算法寻找路由,尽可能的减少能量低的RN+节点的能量消耗;又在RREQ分组中加入了能量标志位,使得经过能量低的RN+节点的RREQ分组将能量标志位置为1,当目的节点在选择路径时,会尽量选择能避开能量低的RN+节点的路径。通过从分组投递率,网络中可用节点比率,网络剩余能量百分比三方面对该算法进行仿真分析,并与ZigBee原有协议中的算法进行比较。 第4章是基于分簇的ZigBee mesh网络路由算法,该章首先介绍了ZigBee网络中分簇算法的基本思想,又概述了一种比较好的分簇方法。提出了一种新的基于分簇的路由优化算法(ZCLR),该算法基于节点的特性对簇中的节点分配角色,距离中央协调器偶数跳的有路由能力的节点作为簇头,并采用Cluster-tree路由算法;而距离中央协调器奇数跳的有路由能力的节点作为网关,采用AODVjr路由算法。该算法又在分簇的基础上控制了RREQ分组泛洪的走向,限制了簇内泛洪。通过从端到端时延,分组投递率,网络剩余能量比率,簇头节点能耗四方面对该算法进行仿真分析,并与ZigBee原有协议中的算法进行比较。 第5章是总结部分,对全文进行了总结,并对ZigBee网络今后的发展方向,节能问题可能会涉及的研究点进行介绍,还指出了LR-WPAN发展中需要进一步解决的问题。 【关键词】：LR-WPAN ZigBee 节能 RN+节点 分簇
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 低速无线个域网LR-WPAN/ZigBee 技术及其研究现状10-13
• 1.3 ZigBee 与其它短距离无线技术性能比较13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 IEEE 802.15.4/ZigBee 网络协议及技术概述16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 ZigBee 网络特性16-18
• 2.2.1 ZigBee 网络的设备类型16-17
• 2.2.2 ZigBee 网络的拓扑结构17-18
• 2.3 IEEE 802.15.4 标准18-23
• 2.3.1 IEEE 802.15.4 标准的物理层(PHY)18-20
• 2.3.2 IEEE 802.15.4 标准的媒体接入控制层(MAC)20-23
• 2.4 ZigBee 协议23-25
• 2.4.1 ZigBee 协议网络层(NWK)24-25
• 2.4.2 ZigBee 协议应用层(APL)25
• 2.5 本章小结25-28
• 第3章 基于节点特性的LR-WPAN 网络能量优化路由算法28-50
• 3.1 引言28
• 3.2 LR-WPAN 网络层相关路由算法28-39
• 3.2.1 AODV 路由算法28-34
• 3.2.2 AODVjr 路由算法34-35
• 3.2.3 Cluster-Tree(等级树路由)35-39
• 3.2.4 ZigBee 路由算法的相关研究39
• 3.3 基于节点特性的LR-WPAN 网络能量优化路由算法(F-ZBR)39-45
• 3.3.1 ZigBee 路由协议分析39-40
• 3.3.2 冗余RREQ 分组的处理40-41
• 3.3.3 最小路由能量的设定41-42
• 3.3.4 RREQ 中加入能量标志位42-43
• 3.3.5 F-ZBR 路由算法执行步骤43-45
• 3.4 仿真分析45-48
• 3.4.1 仿真环境45-46
• 3.4.2 结果分析46-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 基于分簇的ZigBee mesh 网络路由算法50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 ZigBee 网络中基于分簇的路由算法50-55
• 4.2.1 分簇路由算法的基本思想50-51
• 4.2.2 ME-AODV 算法中的分簇方法51-55
• 4.3 基于分簇的路由算法55-58
• 4.3.1 分簇的描述55-57
• 4.3.2 ZCLR 算法57-58
• 4.4 仿真分析58-62
• 4.4.1 仿真环境58-59
• 4.4.2 结果分析59-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 全文总结与展望64-66
• 5.1 全文总结64-65
• 5.2 下一步工作展望65-66
• 参考文献66-71
• 作者简介71
• 攻读硕士学位期间的科研成果71-72
• 致谢72-73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于无线通信的矿井监控系统的优化设计研究    沈力

基于节点特性的ZigBee网络能量优化路由研究    刘丹;钱志鸿;刘影;李悦;

基于ZigBee技术的火灾自动报警系统    汪洋文杰;王楠;司轶芳;

基于Zigbee的集装箱货位搜索系统的设计    胡小强;彭庆海;黄志平;

无线传感器网络的研究进展    李建中;高宏;

改进的ZigBee网络路由算法    班艳丽;柴乔林;王芳;

基于ZigBee的井下人员定位与通信系统设计    胡娟;

基于节点特性的LR-WPAN网络能量优化路由算法    钱志鸿;张晓帆;王义君;关婷艳;

基于ZigBee心电监护网络的定位系统的研究    郑凯;赵宏伟;张孝临;

基于ZigBee网络的心电监护系统的研究    郑凯;赵宏伟;张孝临;

基于网络层的低速无线个域网节能方法研究    刘丹

矿井人员定位、管理、搜救系统的设计    刘宇

基于LR-WPAN路由算法的研究    董志诚

基于ZigBee的无线楼宇火灾监测网络设计    赵明

基于ZigBee技术的井下人员定位系统的设计    张东伟

基于Zigbee无线技术的自动化物流系统控制和保护环节的研制    秦国柱

高密度物联网标签防止冲突的研究    王永红;肖硕;

基于“基站”通信原理的无线传感器网络认证技术    叶青;周鸣争;

基于Zigbee的数话同传技术研究    马立玲;郦会;王军政;

蓝牙技术及其应用    曲吉桑姆;

蓝牙技术及其应用    次仁央拉;

无线传感器网络拥塞控制技术分析    汪鑫;

一种有向传感器网络改进粒子群覆盖增强算法    顾晓燕;孙力娟;郭剑;肖甫;

用VB实现上位机与RFID控制器的串行通信    王伟;杨海萌;

基于能量优先分簇算法的WSN分层路由协议    朱丁丁;金心宇;张昱;

一种基于EPA标准的无线调度算法    高汉荣;冯冬芹;张赫男;

基于无线传感器网络的涉密载体智能监管系统研究    何坚;方康玲;李晓卉;韩维;

RFID技术在票务系统的功能实现    王磊;郭世海;

RFID系统中阅读器网络协议的研究    韩宝伟;赵晓群;

无线测控通信平台中间件的设计与实现    潘磊;张书钦;郑秋生;

有源RFID标签的研究    杨文杰;

基于RFID的井下人员定位系统    丁琳;许亚红;杨礼现;

高效防碰撞的RFID系统设计    郭跃;耿淑琴;高国;吴武臣;

无线传感器网络加密协议的分析与仿真    王芳;潘舒;范燕;石亮;

无线传感器网络在电磁频谱监测中的应用    王继阳;于飞;戴辉;张明;

基于RFID技术的核燃料储运一体化管控平台    宋亚峰;马艳钦;陈利羽;姜勇;吴健蕾;杨海波;张海燕;

无线传感器网络覆盖控制算法研究    张晋

海洋监测传感器网络关键技术研究    罗汉江

水下传感器网络海上试验平台的研究与设计    周鹏

无线传感器网络安全机制中若干问题研究    潘巨龙

无线传感器网络功率控制与分簇路由算法研究    刘新华

离散时间完全与限定（K=1）服务两级轮询系统理论研究    柳虔林

无线传感器网络自适应数据容错关键技术研究    肖伟

变换域中的多源图像融合方法研究    焦竹青

能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究    高腾

无线传感器网络节能技术研究    张雪凡

基于ARM的图像采集与无线传输技术的研究    刘甲玉

基于LEACH的WSN分簇路由协议研究    杨伟伟

基于GPRS和ZigBee自动抄表的无磁热量表的设计与实现    邵光

基于移动代理的无线传感器网络路由协议研究    李和千

占空比无线多媒体传感器网络地理坐标路由    王琨

无线传感器网络低功耗路由协议研究    石小培

井下人员定位系统研究    徐宏雷

数控机床故障远程预警和诊断系统    陈张荣

基于ATmega128的无线传感器网络节点的研究    华蕊

基于ZigBee的无线病房呼叫系统主控中心的硬件设计    吴学君

不同载噪比条件下误码性能测试分析    计国;徐永霞;白旭平;

基于ZigBee的井下安全监控系统无线漫游网络    陈爱武;孙立新;张记龙;王志斌;

ZigBee的msstatePAN协议栈移植    陈彦明;王秋光;

无线传感器网络节点定位机制研究    章浩;李萍萍;张西良;

扩频通信技术浅谈    纪国强,潘枫春,黄冬,杨爱霞

Zigbee:新一代无线网络的综述    高蔚兰;

我国传感器技术发展的现状、方向和应对措施    程宝平;卜庆华;

基于ZigBee协议的无线传感器网络技术的分析和应用    陈靖;吴景东;

基于MSP430的低功耗温度采集报警系统的实现    沈晓昱;王晓娜;李文军;

气体传感器及其发展    潘小青,刘庆成

3G-WLAN融合网络接入认证技术的研究与实现    马文文

ZigBee路由协议分析与改进    赫晓星

移动通信安全中间件架构的设计和实现    冒海霞

低频透地通信系统机理研究    熊艳荣

基于ZigBee技术的无线环境监测网络的开发    董亚超

基于蒙特卡罗法的无线传感器网络移动节点定位算法研究    李鹏程

ZigBee无线传感器网络研究及仿真    张顺扬

UPnP技术在航天测控系统中的应用研究    郭冠鹏

基于KTE5系统的环境参数采集传输技术研究    吴玮

基于Zigbee技术的矿井无线通信系统的研究    康跃明

现代企业物流系统研究    齐晗;

基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究    王璐,秦汝祥

一种新的无线传感器网络分簇模型    胡海江;张凤登;

基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络    郑霖,曾志民,万济萍,王建明

新的加密标准AES的研究和实践    张磊,陈阿林

基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究    沈大伟;李长征;贾中宁;

一种基于能量优化的无线传感网络自适应组织结构和协议    黄进宏,左菲,曾明

基于节点特性的ZigBee网络能量优化路由研究    刘丹;钱志鸿;刘影;李悦;

基于ZigBee的WPAN构建方案    彭天笑,缪小红

基于遗传算法的数据挖掘技术的研究    施建强,刘晓平

玉溪红塔集团101自动化物流系统研究改进及实现    冯汝坤

自适应模型算法控制的研究与仿真    李辉

基于ZigBee的铁路集装箱结点站调度自动化系统设计    赵晓娜

ZigBee路由协议研究    耿萌

ZigBee协议栈的研究与实现    崔文华

自动化立体仓库堆垛机运行系统的研究    赵波

基于ZigBee技术的矿井人员定位系统研究与设计    俞海

基于ZigBee技术的无线消防报警定位系统    肖昕宇

自适应控制算法的改进与仿真    于宁

ZigBee无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用    张双斌;

基于Zigbee的数话同传技术研究    马立玲;郦会;王军政;

ZigBee路由算法的研究与改进    郭瑞星;王庆生;

一种ZigBee路由算法的分析与改进    闫倩倩;许勇;夏海燕;

降低路由开销的ZigBee路由算法研究    郭壮辉;胡柯;汪镭;

在校园网上实现移动IP技术    卢苇,黄彦辉

基于遗传算法的网络选播路由算法初探    李陶深,陈建二

基于时延约束的分布式QoS单播路由算法    孔令山,丁炜

Ad hoc网络中的路由算法    刘元安,唐碧华,胡月梅

网络路由技术基础    邓宏文

多约束条件下的QoS路由算法研究    李婷;

自适应分布式路由算法研究的新进展    郭成安;李建华;李明伟;

基于蚂蚁算法的移动Ad Hoc组播路由算法    王新生;史钗;郭慧;

基于场的传感器网络路由选择方法研究    纪守领;李金宝;赵彩虹;

一种分级多跳自组织无线通信网络的研究    张蓉茜;陈晓曙;

基于可用性的传输网链路路由算法    熊翱;

基于DPSO的无线传感器网络QOS路由算法    易军;黄河;李太福;

移动IP路由方案研究    林春锋;闭孙社;

一种针对P2P网络优化的Kademlia路由算法    杨丞;张刚林;刘光灿;王路露;

ATM Open-Loop Shuffleout交换结构的新的路由算法    张华琛;涂(?)生;

Windows 2000 Advanced Server中软路由的实现    邹琦

英特尔等力推ZigBee协议    燕蕙

无线ZigBee 一切都无线    

胜似蓝牙ZigBee呼之欲出    本报驻美国记者 张孟军

“家庭网管”上的“Z-Z”之争    田径

ZigBee新规范推动智能电网应用成长    

ZigBee应用初现曙光 需提高产业链参与度    本报记者 李映

取代蓝牙？    阿龙

无线技术后起之秀ZigBee    庸龙

WiMAX与ZigBee:“挤占”无线新空间    

无线多媒体传感器网络QoS路由算法研究    柯宗武

无线传感器网络路由算法及相关问题研究    官健

城市场景车载Ad Hoc网络单播路由机制的研究    李元振

无线Ad Hoc网络中协作MAC协议和路由算法研究    郑丽娜

Ad hoc网络节点移动技术及路由算法的研究    佟宁

延迟容忍网络关键技术研究    马柯

无线网络路由算法和MAC性能改进技术研究    王安保

多播路由算法的研究    余燕平

楼宇室内环境无线传感器网络路由算法研究    黄河

无线传感器网络能量优化路由算法研究    江海峰

基于LR-WPAN网络层的节能路由算法的研究    张晓帆

基于能量优化的ZigBee网络树路由算法研究    李涛

汽车行驶记录仪系统及路由算法研究    罗艳霞

一种基于ZigBee的无线传感器网络抗干扰认知路由算法    刘斌新

P4P路由算法的设计与研究    杨帅

DTN路由算法的研究与改进    陈元甲

井下人员综合管理系统设计及相关路由算法的研究    韩宁

NoC中通信过热点问题及容错路由方法研究    郭凯

无线AD HOC网络中分簇路由算法的研究    孙慧涛

基于社会信息的移动社交网络路由算法    黄晓华