混合型能耗均衡Zigbee网络协议研究与设计

【摘要】Zigbee技术在无线传感器网络中具有广泛的应用前景,Zigbee路由协议是研究热点之一,而能耗则是Zigbee协议的关键问题。目前Zigbee网络的应用环境开始逐渐从网络规模小、覆盖范围窄的小网络场景转向网络规模大、覆盖范围广的大网络场景,而Zigbee现有路由协议受到本身性能的约束,网络控制开销比较大,造成网络有效性较差,时延较大,拥塞较大。为此,以大规模Zigbee网络为背景,旨在减小路由开销的情况下,节约网络节点能耗,以提高其能效性,本文在分析传统Zigbee网络路由协议基础上,结合分簇方法,借鉴ZBR路由协议的多协议结合使用的思路,设计一种基于分簇的混合型能耗均衡Zigbee网络协议——ZBRC(ZBRbaseonClustering)。传统的大型传感网络中,进行逻辑分簇是解决此类环境中所面临的通信问题的基本方法,目前,逻辑分簇在Zigbee网络中应用研究仍存在网络开销大,网络生存周期短等问题。ZBRC路由协议针对大规模的Zigbee网络,在逻辑分簇的基础上,将节点之间的通信分为簇内通信与簇间通信两种情况,与之相对应的路由机制也分为簇内路由与簇间路由。ZBRC路由协议借鉴了ZBR路由协议的思路,并对其进行了改进：簇内通信使用改进的树路由协议,节点在查询表项未果的情况下,使用树路由机制来发送报文；簇间路由则使用区域路由的方式,簇间节点的路由建立是以寻找离源节点最近的能够通往目的簇的中间节点为首要任务。此外,为了节约簇头节点能量、均衡网络能耗,ZBRC协议提出了一些辅助机制,如簇头轮换策略、路由过程中中心协调器PAN节点的避让策略等,还设计了路由维护机制,随后也对簇维护相关机制的问题进行了讨论。最后,通过仿真实验平台的搭建,完成了ZBRC协议和ZBR路由协议的相关性能的验证与分析比对。实验结果充分验证了在大规模网络中,ZBRC协议的性能优优于ZBR,有效地减少路由开销,较大程度上降低了节点的能量消耗,而且在控制数据传输的端端延迟和丢包率方面也凸显一定成效。
【作者】陈培山；
【导师】林穗；
【作者基本信息】广东工业大学，计算机科学与技术，2014，硕士
【关键词】Zigbee网络；分簇；路由开销；节点能耗；

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