基于節(jié)點(diǎn)移動性的ZigBee網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由策略研究.pdf

1、隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，多種短距無線通信標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。其中，ZigBee技術(shù)以其功耗低、價(jià)格低廉、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、建筑自動化、安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能家居、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注。對于短距無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，路由協(xié)議是最重要的組成部分之一。特別是ZigBee技術(shù)以低能量消耗為首要目標(biāo)，提升路由性能對于降低節(jié)點(diǎn)功耗、延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間有重要的實(shí)際意義。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)支持分層樹型路由和Z-AODV路由，可在不

2、同的應(yīng)用場合兼顧路由效率和路徑魯棒性等需求。然而，由于ZigBee技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、環(huán)境情況復(fù)雜，目前對其路由方法的研究還不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。例如，對ZigBee網(wǎng)絡(luò)中兩種路由方法性能的分析還不充分；能適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動性變化的路由算法性能還有待于提高等等。
　　 本文在詳細(xì)分析ZigBee網(wǎng)絡(luò)特性和現(xiàn)有ZigBee路由算法的基礎(chǔ)上，從不同路由方式的性能分析、路由選擇等方面對ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由性能改善問題進(jìn)行了深入研究，主

3、要內(nèi)容包括以下幾個方面：⑴在不同網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性條件下，深入分析了現(xiàn)有ZigBee路由方法的性能，并提出一種自適應(yīng)的基于節(jié)點(diǎn)移動性的路由選擇策略(BNM)。策略以利用網(wǎng)絡(luò)中效率最優(yōu)的路由方式為出發(fā)點(diǎn)。首先分析了不同路由方法在各類無線環(huán)境中的性能，得到不同路由方法適用的網(wǎng)絡(luò)條件。在此基礎(chǔ)上，提出自適應(yīng)路由選擇和閾值設(shè)定策略。在不引入額外數(shù)據(jù)通信需求的前提下，通過觀測節(jié)點(diǎn)位置改變引起的命令收發(fā)和自身參數(shù)變化，獲取節(jié)點(diǎn)移動信息并以此為依據(jù)自適應(yīng)選擇

4、路由方式。仿真測試結(jié)果表明，該策略比傳統(tǒng)的單一路由方式有更低的網(wǎng)絡(luò)總體流量和更高的數(shù)據(jù)傳輸效率。最后分析了該策略的硬件開銷，表明該策略對ZigBee設(shè)備沒有額外的存儲空間和計(jì)算能力的要求。⑵隨著ZigBee技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展，適應(yīng)較復(fù)雜環(huán)境的路由算法成為研究熱點(diǎn)。本文詳細(xì)研究了增強(qiáng)型分層路由算法(EHRP)，分析了節(jié)點(diǎn)移動性變化對其性能的影響。在此基礎(chǔ)上，將EHRP算法引入基于節(jié)點(diǎn)移動性的路由選擇策略，提出一種適用于高端ZigBee設(shè)備(計(jì)

5、算能力強(qiáng)且片上資源豐富)的增強(qiáng)型路由選擇策略(EBNM)，實(shí)現(xiàn)不引入額外數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)移動判斷和路由方式選擇。仿真測試了EBNM算法的數(shù)據(jù)傳輸效率，結(jié)果表明相對于原有的路由策略和單一路由方案，EBNM策略可以進(jìn)一步提升ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由性能。⑶針對基于節(jié)點(diǎn)移動性的路由選擇策略中判斷節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的問題，對于抑制路由發(fā)現(xiàn)、使能路由發(fā)現(xiàn)和增強(qiáng)抑制路由發(fā)現(xiàn)等路由方式，分別提出了基于節(jié)點(diǎn)信息的運(yùn)動判定方法。上述方法僅需監(jiān)測節(jié)點(diǎn)本地的命令收發(fā)和鄰居

6、信息變化，無需節(jié)點(diǎn)間的額外數(shù)據(jù)傳輸，從而節(jié)約了通信帶寬，為基于節(jié)點(diǎn)移動性的路由選擇策略的實(shí)現(xiàn)提供了必要的技術(shù)支持。⑷深入研究了分層路由和Z-AODV路由在不同網(wǎng)絡(luò)條件下的性能，以及節(jié)點(diǎn)數(shù)量和移動性等因素對ZigBee路由方法性能的影響。仿真結(jié)果說明強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)方法由于網(wǎng)絡(luò)過載，在各種情況下都有最差的性能；抑制路由發(fā)現(xiàn)方法在穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中的表現(xiàn)優(yōu)于使能路由發(fā)現(xiàn)方法，而后者隨著節(jié)點(diǎn)移動性的增加，表現(xiàn)逐漸優(yōu)于前者。進(jìn)而得到抑制路由發(fā)現(xiàn)算法適合穩(wěn)定