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基于节点特性的ZigBee网络能量均衡路由算法研究

作　者: 杨硕
导　师: 许成谦
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: ZigBee 改进算法能量标识符 Q值路径选择 OMNeT++
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

当前，信息技术高速发展，短距离无线通信技术飞速前进，ZigBee通信技术作为一种短距离通信技术，因其低功耗、低成本、低速率、低复杂度、时延短的特点被应用到工业、农业、军事、医疗等多个领域的多个场合，关于ZigBee通信技术的研究也得到了广泛的关注。ZigBee技术的核心特性为能耗低，且其节点的能量资源有限，因此关于ZigBee的研究主要集中在节能特性上，关于如何延长节点生存时间、拓展整个网络生命周期的研究是一个十分有意义的课题。本文针对大容量ZigBee网络中原始ZBR算法存在的不足进行改进，并提出了一种改进算法。首先，结合ZigBee技术的基本属性对其协议栈、技术特点及网络特性其做了基本概述，并详细阐述了AODVjr路由算法和Cluster-Tree路由算法，对原始算法进行研究和分析，指出其不足，针对不同网络中RN+节点和RN-节点比例对整个网络运行影响的问题对临界值取值进行改进，并针对存在的冗余RREQ分组考虑到邻居列表利用情况对最大传输跳数进行改进。其次，为了更好地实现整个ZigBee网络节点的能量使用均衡，延长节点寿命，针对当前存在ZigBee网络算法的不足，考虑源节点到目标节点不同路径不同延时不同耗能问题，鉴于每个节点在不同路径中扮演角色不同及剩余能量等级不同的情况，提出了一种改进的算法。最后，利用OMNeT++仿真平台对改进的不足和提出的改进算法进行仿真，仿真结果证明本文所述的改进和提出的改进算法综合使用较原始算法延长了节点的生存时间拓展了网络的生命周期，使ZigBee通信技术的特点更加突出，有利于工程应用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本论文研究的主要内容  13-14
  1.4 论文结构安排  14-16
第2章关于 ZigBee 技术的基本概述  16-28
  2.1 ZigBee 协议栈  16-22
    2.1.1 ZigBee 协议栈协议的制定  16-17
    2.1.2 物理层  17-18
    2.1.3 数据链路层  18-19
    2.1.4 网络层  19-21
    2.1.5 应用层  21-22
  2.2 ZigBee 技术特点  22-26
    2.2.1 技术特点  22-23
    2.2.2 技术特点比较  23-24
    2.2.3 ZigBee 的应用  24-26
  2.3 ZigBee 网络特性  26-27
    2.3.1 节点类型  26
    2.3.2 拓扑结构类型  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 ZigBee 网络传统路由算法的研究分析与改进  28-48
  3.1 ZigBee 网络组网过程及主要算法  28-31
    3.1.1 协调器组网  28
    3.1.2 子节点加入网络  28-30
    3.1.3 子节点加入时邻居列表的建立  30-31
    3.1.4 主要协议算法  31
  3.2 AODVjr 路由算法  31-35
    3.2.1 AODV 协议算法  31-34
    3.2.2 AODVjr 路由算法  34-35
  3.3 Cluster-Tree 路由算法  35-42
    3.3.1 地址分配机制  35-39
    3.3.2 Cluster-Tree 路由算法  39-41
    3.3.3 当前 Cluster-Tree 路由算法改进算法  41-42
  3.4 原始算法分析  42-43
  3.5 传统算法中临界值 EMR的改进  43-46
  3.6 为减少冗余 RREQ 分组设定最大传输跳数值 HM的改进  46-47
  3.7 本章小结  47-48
第4章大容量 MESH 网络中基于节点特性追求能量平衡的传统算法改进算法  48-60
  4.1 建立能量标识符  48-50
  4.2 基于能量标识符的判断  50-51
    4.2.1 减少 RN-的利用率  50
    4.2.2 减缓 RN+的退变速率  50-51
  4.3 基于能量标识符将传输路径质量分析数值化  51-52
  4.4 改进算法的工作步骤  52-56
    4.4.1 中间节点工作流程  53-54
    4.4.2 目的节点工作流程  54-56
  4.5 改进算法中几个能量参数值的确定  56-57
    4.5.1 Ejudge值的确定  56
    4.5.2 改进算法起始时刻  56-57
  4.6 改进算法的算法分析  57-59
  4.7 本章小结  59-60
第5章 OZBR 算法的仿真及分析  60-66
  5.1 关于 OMNeT 仿真软件的简介  60-62
    5.1.1 几种仿真工具的对比  60
    5.1.2 OMNeT++仿真工具简介  60-62
  5.2 仿真的构建  62-63
  5.3 OZBR 算法的 OMNeT 仿真及分析  63-65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
作者简介  74

基于节点特性的ZigBee网络能量均衡路由算法研究

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