基于能量?jī)?yōu)化的ZigBee路由算法研究及應(yīng)用.pdf

1、IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)是為速率低的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特設(shè)計(jì)的。ZigBee網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE802.15.4無線傳感器的一門新技術(shù)，最近幾年，由于ZigBee的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、車載、住宅、醫(yī)療等領(lǐng)域。ZigBee節(jié)點(diǎn)是使用電池進(jìn)行供電的，在實(shí)際應(yīng)用中，大部分節(jié)點(diǎn)隨機(jī)播撒在地形復(fù)雜的環(huán)境中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電池能量不足時(shí)，及時(shí)更換電池是不可能的，因此節(jié)能逐漸的成為ZigBee路由協(xié)議的重要機(jī)制之一。
　　本文首先介紹了Z

2、igBee的技術(shù)特點(diǎn)、ZigBee協(xié)議棧、ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組成和ZigBee普通路由協(xié)議，引出能量路由的概念，并詳細(xì)介紹相關(guān)的能量路由協(xié)議。目前存在的幾種能量路由協(xié)議主要是從是兩方面考慮的:控制網(wǎng)絡(luò)整體開銷和減少低能量節(jié)點(diǎn)的使用。控制網(wǎng)絡(luò)整體開銷的方法是尋找路由中總能量消耗最少的路徑，因此骨干節(jié)點(diǎn)的使用次數(shù)較多。減少低能量節(jié)點(diǎn)使用的方法是使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的剩余能量盡可能的平均化，即均衡各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量，減輕骨干節(jié)點(diǎn)的傳輸負(fù)擔(dān)，從而延遲網(wǎng)絡(luò)分

3、割的時(shí)間。由此可見，這兩方面是相互矛盾的，現(xiàn)有的路由協(xié)議并沒有把兩者有效的結(jié)合。為了能夠同時(shí)減少低能量節(jié)點(diǎn)的使用和控制網(wǎng)絡(luò)總能量的消耗，使路由協(xié)議達(dá)到真正的節(jié)能，本文在最小電池開銷路由協(xié)議基礎(chǔ)上提出了一種能量?jī)?yōu)化的改進(jìn)算法。
　　算法的改進(jìn)主要從兩方面進(jìn)行:第一，控制請(qǐng)求分組的傳輸范圍，通過判斷節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，獲取請(qǐng)求分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的大致方向，再限制請(qǐng)求分組傳輸?shù)纳疃?，避免了轉(zhuǎn)發(fā)冗余的請(qǐng)求分組產(chǎn)生能量浪費(fèi);第二，對(duì)路由開銷進(jìn)行重

4、新定義，將節(jié)點(diǎn)的剩余能量作為計(jì)算路由開銷的一個(gè)重要參數(shù)，使路徑中具有低能量節(jié)點(diǎn)的路由開銷變大，間接的控制了低能量節(jié)點(diǎn)的使用。最后搭建NS2仿真平臺(tái)，利用NS2仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，將原路由協(xié)議和改進(jìn)的路由協(xié)議在死亡節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)功耗兩方面進(jìn)行分析對(duì)比。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)功耗下降，并推遲了節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間，驗(yàn)證了改進(jìn)后算法的有效性。
　　本文最后將ZigBee理論應(yīng)用到實(shí)際，搭建了ZigBee智能家居模型。通過對(duì)ZigBe