ZigBee网络层AODVjr路由算法的节能研究

论文摘要

ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术,由于它本身的一些优越性,如低成本、低耗能、低速率、高安全等,使ZigBee技术一出现就等得到了诸多厂商的鼎力支持,所以发展非常迅速,在工业控制、通信业务、家庭自动化等很多领域得到了应用。ZigBee网络中的节点在实际使用中一般都是用电池供电的,而且很多应用场合不好更换电池,或者根本不能更换电池。因此,怎么利用电池有限的能量,怎么尽量节约电池的能量,是ZigBee网络中非常重要的一个问题,ZigBee网络的节约能耗的研究也是一个非常重要的研究方向。本文对ZigBee网络能耗问题做了相关研究,首先简要的介绍了ZigBee协议的特点及ZigBee的主要应用领域,比如工控、家庭自动化等领域应用。其次,介绍了ZigBee网络节点类型、拓扑结构及ZigBee网络的建网过程。之后,详细介绍了ZigBee网络层的簇树路由算法和AODVjr路由算法。对于簇树路由算法的原理、地址分配机制及路由寻址方式做了详细阐述,并指出了现有簇树路由算法存在的问题。文中针对簇树路由算法的不足之处提出了改进的簇树路由算法,并进行了实验仿真及分析,实验证明提出的改进算法是有效的。由于ZigBee网络的AODVjr路由算法是AODV路由算法发展而来的,因此在介绍AODVjr路由算法之前详细描述了AODV路由算法,并指出了AODVjr路由算法相对于AODV路由算法做了哪些改动和这些改动造成的影响。简要介绍了能量路由的指标和无线传感器网络中的能量路由之后,提出了能量阀值的概念。根据现有网络层AODVjr算法,本文提出了一种改进AODVjr路由算法。在改进AODVjr算法中,使用了能量阀值,并且限制了路由请求控制分组RREQ的广播范围和广播方向。由于使用了能量阀值,对ZigBee网络中能量较低的节点进行了一定的保护,而限制路由请求控制分组RREQ的广播范围和广播方向则减少了不必要的网络路由开销,节约了能量,延长了网络整体工作时间。同时,应用网络仿真工具OPNET对改进AODVjr路由算法进行了仿真,对实验结果进行了详细的分析,通过和原AODVjr路由算法进行对比,证明改进的AODVjr路由算法对于减少ZigBee网络的总体能量消耗和延长整个网络的寿命是有显著作用的,改进的路由算法达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 ZigBee国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 论文的主要内容和章节安排
• 第2章 ZigBee网络介绍
• 2.1 ZigBee协议的特点和应用
• 2.1.1 ZigBee协议的特点
• 2.1.2 ZigBee协议的应用
• 2.2 ZigBee协议栈介绍
• 2.2.1 ZigBee协议物理层
• 2.2.2 ZigBee协议MAC层
• 2.2.3 ZigBee协议网络层
• 2.3 ZigBee网络节点类型
• 2.4 ZigBee网络拓扑结构
• 2.5 ZigBee网络中的地址
• 2.6 ZigBee网络的建立
• 2.7 本章小结
• 第3章 ZigBee路由算法研究
• 3.1 ZigBee簇树路由算法
• 3.1.1 地址分配机制
• 3.1.2 簇树路由寻址
• 3.1.3 簇树路由算法存在的问题
• 3.1.4 簇树路由算法的改进
• 3.1.5 实验仿真和分析
• 3.2 AODV算法
• 3.2.1 算法基本原理介绍
• 3.2.2 AODV路由表的结构及路由控制分组
• 3.2.3 AODV算法路由维护
• 3.2.4 AODV算法的缺点
• 3.3 ZigBee网络中的AODVjr算法
• 3.3.1 AODVjr算法的路由发现
• 3.3.2 AODVjr算法的路由维护及本地修复过程
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于AODVjr的节能路由算法
• 4.1 ZigBee网络的能耗因素研究
• 4.1.1 能量路由的相关指标
• 4.1.2 无线传感器网络中的能量路由
• 4.2 改进AODVjr节能路由算法的提出
• 4.3 改进的AODVjr节能路由算法
• 4.3.1 定义节点能量阀值
• 4.3.2 确定RREQ控制分组的广播范围
• 4.3.3 确定RREQ控制分组的广播方向
• 4.3.4 改进AODVjr路由算法方案
• 4.4 仿真实验
• 4.4.1 仿真工具简介
• 4.4.2 改进AODVjr路由算法的仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要