ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN間路由算法研究.pdf

1、ZigBee無線技術(shù)是為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一種短距離、低速率的全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有自組織、低復(fù)雜度、低開銷以及低功耗等特性，適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，經(jīng)常采用基于ZigBee技術(shù)的一區(qū)多PAN(Personal Area Network)組網(wǎng)策略，利用PAN內(nèi)外的合作機(jī)制獲取強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力以提高監(jiān)測精確度。然而，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)之初未涉及PAN間通信機(jī)制，并且多PAN網(wǎng)絡(luò)具有的規(guī)模性、復(fù)雜性、

2、異構(gòu)性等特點(diǎn)，都為路由設(shè)計(jì)帶來了巨大挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，本文對含有多個(gè)PAN的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的PAN間路由算法進(jìn)行了深入研究，內(nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面:
　　 (1)本文針對IP-AODV路由算法的尋路機(jī)制和數(shù)據(jù)傳輸操作進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)該算法的PAN間通信機(jī)制存在局限性。提出一種基于梯度信息的低開銷混合路由算法-LHRBG(Low-overhead Hybrid Routing Algorithm Based on Gra

3、dientInformation)，節(jié)點(diǎn)利用網(wǎng)關(guān)發(fā)布的梯度擴(kuò)散信息確定梯度層次，并借助梯度場傳送請求控制分組執(zhí)行尋路操作。同時(shí)，數(shù)據(jù)分組傳輸采用先驗(yàn)式和按需的混合策略，并將捎帶節(jié)點(diǎn)的梯度層次作為泛洪路由請求分組的限制閾值，以達(dá)到減少開銷、降低時(shí)延的目的。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的有效性，本文使用OPNET仿真工具對該算法進(jìn)行建模，理論分析和仿真數(shù)據(jù)證實(shí)，LHRBG算法能夠提供任意PAN間通信的機(jī)制，并且在通信開銷、平均分組端到端時(shí)延、成功率等方

4、面性能得到整體改善。
　　 (2)通過分析在能量受限的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中路由算法對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。提出一種基于跨層機(jī)制的高效能耗均衡路由算法-EERCD(Efficient Energy-balancedRouting Algorithm Based on Cross-layer Design)。在網(wǎng)關(guān)的梯度信息發(fā)布過程中，節(jié)點(diǎn)維護(hù)指向網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集以增加冗余路由的構(gòu)建，為上行鏈路提供路由替換策略;并采用一種梯度探測反饋機(jī)制，

5、為網(wǎng)關(guān)構(gòu)建下行路由，從機(jī)制上避免了泛洪尋路操作。同時(shí)，設(shè)計(jì)跨層信息共享方式，利用數(shù)據(jù)鏈路層ACK幀攜帶能量的方法定期采集鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息，并以合成跳數(shù)作為路由選擇的度量標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到均衡節(jié)點(diǎn)能耗、延長網(wǎng)絡(luò)生存期的目的。仿真結(jié)果表明算法在網(wǎng)絡(luò)生存期、平均節(jié)點(diǎn)能耗、分組端到端時(shí)延等方面性能均得到顯著提升。
　　 PAN間路由是ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中一個(gè)值得深入研究的領(lǐng)域，希望本文工作能夠推進(jìn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN間路由技術(shù)的