ZigBee网络中改进路由算法及分批估计算法的研究

论文摘要

无线传感网络（Wireless Sensor Networks, WSN）的产生,与因特网的诞生（Internet）一样,具有划时代的意义,开启了网络技术发展的新的篇章。然而,在无线传感网络中,节点的剩余能量一旦耗尽,节点将频临死亡,一旦死亡的节点数目增多,网络的路径将面临瘫痪,整个网络的通信将受到极大的影响。基于此,本文深入研究了无线传感网络中ZigBee网络中的相关技术,并针对一些关键问题提出了相应的解决方案,具体来说,主要包括以下几个方面:首先,本文介绍了ZigBee网络的发展趋势及应用内容,以及现有的对无线传感网络节能的主要方法。详细介绍了ZigBee技术的协议栈,分析了ZigBee协议栈各个层面的技术特征和原理,以及ZigBee网络的路由协议。然后,应用仿真软件NS-2对ZigBee网络进行了仿真,分析了路由开销与节点能耗相互之间的关系。其次,本文详细分析了ZigBee网络节点空间占有率及节点运动速度对路由开销及网络能耗的影响,分析了在不同时间域节点空间占有率与路由开销的关系,得出了空间范围内节点数目越多,网络的路由开销越大,能耗越高的结论,并针对这一结论,对现有的ZigBee网络路由协议进行改进,通过缩短RREQ分组的传输距离,减少控制分组的传输量,达到降低网络路由开销,节省能耗的目的,并通过仿真证明改进协议的有效性。最后,在应用层的角度,数据融合在无线传感网络的应用虽然很常见,但是专门应用于ZigBee网络的数据融合算法并不多,本文提出了结合ZigBee网络节点能量特征的数据融合算法来降低ZigBee网络的数据传输量,从而降低网络节点的能耗的方法。对数据融合中分批估计算法进行了改进,并提出了ZigBee网络中能量阈值的概念,将改进算法与ZigBee节点的能量特征结合起来,提出了面对ZigBee网络的数据融合节能措施,并利用Matlab仿真软件进行了仿真,证明了此措施的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 ZigBee 技术发展现状
• 1.3 ZigBee 网络节能问题研究现状
• 1.3.1 ZigBee 网络能量消耗问题
• 1.3.2 ZigBee 网络节能方法简介
• 1.4 论文结构与主要研究内容
• 第二章 ZigBee 协议分析及组网技术
• 2.1 引言
• 2.2 ZigBee 协议栈
• 2.2.1 ZigBee 协议栈体系结构
• 2.2.2 802.15.4 物理层与介质访问层
• 2.2.3 ZigBee 网络层
• 2.2.4 ZigBee 应用层
• 2.3 ZigBee 路由协议
• 2.3.1 ZigBee 路由地址分配方式
• 2.3.2 ZigBee 路由方式
• 2.4 ZigBee 技术特征
• 2.5 本章小结
• 第三章 ZigBee 路由协议的仿真分析及改进算法
• 3.1 NS-2 仿真软件简介
• 3.2 ZigBee 路由协议的仿真分析
• 3.2.1 ZigBee 网络仿真环境的建立
• 3.2.2 ZigBee 网络吞吐量及丢包率的仿真分析
• 3.2.3 ZigBee 网络路由开销的仿真分析
• 3.3 ZigBee 网络中基于位置判断机制的路由算法
• 3.3.1 改进的思路
• 3.3.2 改进的做法及仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 数据融合算法在ZigBee 网络中的节能应用
• 4.1 无线传感器网络能量模型
• 4.1.1 无线传感器节点能量计算模型
• 4.1.2 无线传感器节点能量消耗模型
• 4.2 ZigBee 网络能量空洞的概念
• 4.3 分批估计算法及其改进
• 4.3.1 分批估计算法
• 4.3.2 分批估计算法的改进
• 4.4 ZigBee 节点的能量问题
• 4.4.1 ZigBee 节点的最小能量
• 4.4.2 能量阈值的提出
• 4.5 分批估计改进算法在ZigBee 网络中的应用
• 4.5.1 改进算法在ZigBee 网络中的应用分析
• 4.5.2 节能措施设计及仿真
• 4.6 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件