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基于ZigBee技术的热计量表物联网路由协议研究

作　者: 尚雪辉
导　师: 刘永山
学　校: 燕山大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 热计量表物联网 ZigBee 能量均衡路由 组网优化 网络生存周期 NS2
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


IEEE802.15.4/ZigBee作为一种专门应用于无线传感器网络领域的短距离、低复杂度、低速率、低成本的无线通信技术，已经被广泛应用于各个领域中。与其它网络通信技术不同，ZigBee是一种能量受限的网络，在其运行过程中能量极其有限。因此如何保证在有限的能量中最大限度延长ZigBee网络生存周期已经成为人们日益关注的问题。首先，结合热计量表物联网应用中ZigBee网络特有的拓扑结构和数据传输模型，提出了一种能量均衡的L-ZBR(Leach ZigBee Routing)路由算法，该算法依据网络规模及拓扑信息通过对簇头关键节点设定能量阀值，对能量消耗达到阀值的簇头关键节点动态寻找其子路由节点的代理父节点，通过代理父节点建立辅助路由路径，经由辅助路由路径分担原簇头关键节点数据转发任务。其次，通过分析和研究IEEE802.15.4组网连接机制，针对在组网过程中，新节点选择距离最近候选节点作为父节点易造成网络总体深度增加，节点负载不均衡的问题，提出了一种综合考虑候选父节点深度和负载状态的LRZ(Linear RegressionZigBee)组网算法，通过对候选父节点设置深度和负载权重，应用最小二乘法原理，从候选父节点中选择最优的节点作为子节点的入网父节点。最后，在NS2上构建ZigBee仿真平台，分别对L-ZBR路由算法和LRZ组网算法进行模拟仿真，并从网络拓扑结构、生存周期、死亡节点数目、分组递交率、网络剩余能量等五方面对改进前后算法进行了性能比较分析。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 课题背景与意义  11-12
  1.2 IEEE802.15.4/ZigBee 研究现状  12-14
    1.2.1 IEEE802.15.4 研究现状  12
    1.2.2 ZigBee 技术研究现状  12-13
    1.2.3 Cluster-Tree 算法研究现状  13-14
    1.2.4 AODVjr 算法研究现状  14
  1.3 课题研究内容  14-15
  1.4 本文的组织和结构  15-17
第2章 基于 ZigBee 技术的热计量表物联网体系架构  17-26
  2.1 热计量表物联网体系架构研究  17-20
    2.1.1 ZigBee 感知层  17-18
    2.1.2 GPRS 网络层  18-19
    2.1.3 热量数据管理中心  19-20
  2.2 热计量表物联网特点分析和性能指标  20-22
    2.2.1 热计量表物联网特点分析  20-21
    2.2.2 热计量表物联网性能指标研究  21-22
  2.3 ZigBee 对于热计量表物联网适用性分析研究  22-25
    2.3.1 ZigBee 技术特点研究  22-24
    2.3.2 热计量表物联网应用目标  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 能量均衡的 L-ZBR 路由算法  26-37
  3.1 无线传感器路由协议研究  26-28
    3.1.1 无线传感器路由协议设计目标  26-27
    3.1.2 无线传感器路由协议分类  27-28
  3.2 ZigBee 路由算法分析  28-31
    3.2.1 ZigBee 路由算法原理  28-29
    3.2.2 ZigBee 路由算法分析  29-31
  3.3 能量均衡的 L-ZBR 路由算法  31-36
    3.3.1 相关定义  31-32
    3.3.2 L-ZBR 路由算法思想  32-34
    3.3.3 L-ZBR 路由算法具体实现  34-35
    3.3.4 L-ZBR 路由算法分析  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 LRZ 组网算法  37-50
  4.1 ZigBee 网络结构研究  37-41
    4.1.1 ZigBee 网络节点类型分析  37-38
    4.1.2 ZigBee 网络地址分配过程  38-40
    4.1.3 ZigBee 网络拓扑结构  40-41
  4.2 ZigBee 组网算法分析  41-43
    4.2.1 ZigBee 组网原理  41-42
    4.2.2 ZigBee 组网算法分析  42-43
  4.3 LRZ 组网算法  43-49
    4.3.1 相关定义  43-44
    4.3.2 优化组网算法设计思想  44-47
    4.3.3 LRZ 组网算法具体实现  47-48
    4.3.4 LRZ 组网算法证明分析  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 ZigBee 路由协议 NS2 仿真分析  50-62
  5.1 NS2 网络仿真平台概述  50-52
    5.1.1 NS2 路由协议进行网络模拟的步骤  50-51
    5.1.2 NS2 仿真平台关键性能指标  51-52
  5.2 基于 NS2 的 L-ZBR 路由协议的仿真与分析  52-54
    5.2.1 仿真相关参数设定  52-53
    5.2.2 仿真场景建立  53-54
  5.3 仿真结果比较与性能分析  54-61
    5.3.1 网络拓扑结构  54-57
    5.3.2 网络生存周期  57-58
    5.3.3 网络死亡节点数目  58-59
    5.3.4 网络分组递交率  59
    5.3.5 网络总体剩余能量  59-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  67-68
致谢  68-69
作者简介  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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