基于ZigBee的WSN實驗平臺設(shè)計與實現(xiàn)及路由協(xié)議研究.pdf

1、隨著傳感器設(shè)備功能不斷增強以及無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應用領(lǐng)域越來越廣泛。其中基于具有低功耗、低成本與高可靠性等特點的ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為該領(lǐng)域的研究熱點。此外，由于現(xiàn)有ZigBee路由協(xié)議存在自身的缺陷以及應用場景的多樣性對ZigBee路由協(xié)議提出了更高要求。本文在此背景下，設(shè)計實現(xiàn)基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，并針對ZigBee路由協(xié)議的缺陷提出相應的改進算法以進一步提高網(wǎng)絡(luò)性能，具體研究

2、內(nèi)容如下:
　　首先，本文在深入分析ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計搭建基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗平臺。該實驗平臺硬件部分采用基于CC2530芯片的傳感器節(jié)點模塊，軟件部分主要采用ZigBee標準協(xié)議棧。同時，為方便管理外圍設(shè)備以及進行功能測試，軟件部分設(shè)計了相應外圍硬件管理功能模塊與測試管理功能模塊。通過測試實驗可知，該實驗平臺能夠正常運行ZigBee協(xié)議棧并實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要功能。此外，該實驗平臺為ZigBee

3、網(wǎng)絡(luò)路由算法的性能測試提供了平臺基礎(chǔ)。同時可以對該實驗平臺進一步完善與擴展以實現(xiàn)ZigBee技術(shù)相關(guān)的多種應用。
　　其次，本文提出一種基于交互鄰居表的改進樹型路由算法。該算法能夠克服原有ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹型路由算法按照固定父子關(guān)系選擇路徑而造成路徑偏長與節(jié)點能量消耗不均衡的缺陷。該算法中節(jié)點首先交互各自鄰居表信息以獲得兩跳范圍內(nèi)其他節(jié)點信息，并采取基于兩跳范圍的局部最優(yōu)策略，即每次都在所有二級鄰居節(jié)點中選擇到達目的節(jié)點最小跳數(shù)值

4、最小的節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此能夠有效減少數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)與網(wǎng)絡(luò)延時。仿真實驗表明，基于交互鄰居表的改進樹型算法相比于原有樹型路由算法及其現(xiàn)有改進算法，在平均網(wǎng)絡(luò)延時、平均跳數(shù)、不同網(wǎng)絡(luò)深度節(jié)點的平均中繼次數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)總能量消耗等方面都具有明顯優(yōu)勢。特別是與原有樹型路由算法相比，本文提出的改進算法在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大、節(jié)點較密集的情況下，平均網(wǎng)絡(luò)延時降低了37.5％，并且網(wǎng)絡(luò)總能量消耗有效減少27.3％。
　　最后，本文提出一種基于逐級反饋的AO

5、DVjr路由修復算法。該算法有效解決了原有AODVjr協(xié)議在路由修復過程中，RREQ分組廣播范圍設(shè)置不合理以及沒有限制其廣播方向而引起路由開銷大和能量消耗過多的問題。該算法主要采用鏈路中斷節(jié)點就近逐級反饋進行本地修復的策略;同時在路由修復過程中，修復節(jié)點根據(jù)反饋的RERR分組信息限制RREQ分組的廣播范圍;其它節(jié)點通過判斷與目的節(jié)點的關(guān)系來確定是否轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組以限制其廣播方向。此外，修復節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)確定是否進行本地修復以減少