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ZigBee路由协议分析与改进

作　者: 赫晓星
导　师: 刘守印
学　校: 华中师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: ZigBee IEEE802.15.4 路由算法 控制开销 能量均衡
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 309次
引　用: 4次
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内容摘要


随着通信技术、网络技术、传感器技术和微机电系统等技术的进步,无线传感器网络逐渐走进了我们的生活。ZigBee是一种专为低速率无线传感器网络而设计的低功耗、低成本的短距离无线通信技术。ZigBee无线传感器网络具有高效节能等优势,在智能家居、医疗护理、环境监控、工业控制和军事等领域有着非常广阔的应用前景。为了使ZigBee技术构建的无线传感器网络能更好的适用于各种应用场景,要求网络的能量消耗越低越好,网络中的冗余越小越好,网络的生存时间越长越好。如何降低网络的能量消耗,减小网络中的冗余,延长网络的生存时间,提高网络的性能是一个重要的研究课题。本文首先对无线传感器网络和ZigBee技术作了简要介绍,然后分析了ZigBee协议,在此基础上重点研究了ZigBee路由协议,在总结现有的ZigBee路由算法的基础上提出了自适应动态调整RREQ分组广播范围和节点能量限制相结合的路由优化算法。仿真结果表明,改进的路由算法使网络中的路由控制开销降低,网络的冗余减小,网络的总体能量消耗降低,网络中各节点的能量得到均衡,“死亡”节点出现的时间更晚,网络的生存时间延长。本文研究的主要内容有以下几点：1.简要介绍了无线传感器网络的体系结构、特点、关键技术以及应用领域；2.概述了ZigBee技术的发展概况、技术特点及应用,并比较了ZigBee与蓝牙、Wi-Fi、Z-Wave短距离无线通信技术间的特点,仿真分析了网络问的共存干扰；3.简述了ZigBee协议各个层次,详细介绍了网络层地址分配机制和拓朴结构,对不同ZigBee协议版本作了比较；4.本文主要研究了ZigBee的组网过程和路由机制,分析了Cluster-Tree、AODVjr与ZBR三种不同路由算法并通过仿真进行比较；5.总结现有的ZigBee路由改进算法,提出自适应动态调整RREQ分组广播范围和节点能量限制相结合的路由优化算法,并用NS-2仿真软件进行了仿真分析验证。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 无线传感器网络简介  10-13
    1.1.1 无线传感器网络的体系结构  10-11
    1.1.2 无线传感器网络的特点  11-12
    1.1.3 无线传感器网络的关键技术  12
    1.1.4 无线传感器网络的应用  12-13
  1.2 课题的研究意义和主要工作  13-14
  1.3 论文结构安排  14-15
第2章 ZigBee技术介绍  15-27
  2.1 ZigBee概述  15-17
    2.1.1 ZigBee的发展  15-16
    2.1.2 ZigBee技术特点及应用  16-17
  2.2 ZigBee与其它短距离无线通信的比较及仿真分析  17-26
    2.2.1 ZigBee与蓝牙的比较  17-21
    2.2.2 ZigBee与Wi-Fi的比较  21-23
    2.2.3 ZigBee与Z-Wave的比较  23-24
    2.2.4 ZigBee网络间干扰仿真分析  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章 ZigBee协议栈研究  27-36
  3.1 ZigBee协议栈综述  27-28
  3.2 ZigBee协议栈不同版本比较  28-30
  3.3 IEEE802.15.4标准简述  30-31
    3.3.1 IEEE802.15.4物理层简述  30-31
    3.3.2 IEEE802.15.4MAC层简述  31
  3.4 ZigBee网络层规范综述  31-34
    3.4.1 ZigBee网络层的主要功能  32
    3.4.2 ZigBee网络配置  32-33
    3.4.3 ZigBee网络拓朴介绍  33-34
  3.5 ZigBee应用层规范综述  34-35
  3.6 本章小结  35-36
第4章 ZigBee路由协议研究  36-57
  4.1 ZigBee组网技术  36-38
  4.2 ZigBee网络层的地址分配  38-40
  4.3 ZigBee路由协议简介  40-44
    4.3.1 ZigBee路由协议基本思想  40-41
    4.3.2 ZigBee路由建立过程  41-44
  4.4 NS-2仿真软件简介  44-47
    4.4.1 NS-2仿真编程语言与功能  45
    4.4.2 NS-2的体系结构和组件  45-47
  4.5 不同路由算法的分析及仿真比较  47-56
    4.5.1 Cluster-Tree路由算法简介  47-48
    4.5.2 AODV_(jr)路由算法简介  48-49
    4.5.3 ZBR路由算法简介  49
    4.5.4 三种不同路由算法仿真及分析  49-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章 ZigBee路由协议改进及仿真  57-69
  5.1 ZigBee路由协议的改进方法总结  57-58
  5.2 ZigBee路由协议的改进  58-63
  5.3 仿真及结果分析  63-67
  5.4 本章小结  67-69
第6章 总结与展望  69-71
  6.1 论文工作总结  69-70
  6.2 课题研究工作的展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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