基于能量優(yōu)化的ZigBee路由算法研究.pdf

1、ZigBee技術(shù)借助自身低功耗、低成本、容量大等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、家居自動化等各個領(lǐng)域，并被業(yè)界認為是解決物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及無線個人局域網(wǎng)問題至關(guān)重要的技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的絕大部分節(jié)點的電源為干電池，因此網(wǎng)絡(luò)的生存周期很大程度上依賴于節(jié)點電池的有效利用。當(dāng)前，圍繞ZigBee網(wǎng)絡(luò)特點設(shè)計能量均衡的路由算法已然成為ZigBee技術(shù)研究的重要課題。
　　本文首先對ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法進行研究，分析并對比了

2、ZigBee技術(shù)中典型路由協(xié)議:樹(Tree)路由、AODVjr路由以及ZBR路由的優(yōu)劣勢。在深入研究Tree路由算法的基礎(chǔ)上（包括地址分配機制、路由算法流程、目前樹路由算法研究現(xiàn)狀等），以全網(wǎng)能耗均衡為目的改進了傳統(tǒng)Tree路由算法。針對樹路由算法中路徑非最優(yōu)及網(wǎng)絡(luò)深度較低節(jié)點通信量過大導(dǎo)致節(jié)點過早耗盡能量的問題，給出了一種基于父節(jié)點的鄰居表路由算法FNT。該算法利用鄰居表以及路由費用，通過對網(wǎng)絡(luò)深度為Lm-1的父設(shè)備節(jié)點創(chuàng)建鄰居表，

3、使Lm-1深度的節(jié)點分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)深度較低節(jié)點的通信量，達到均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)壽命的效果;多條鄰居表路徑選擇依據(jù)為路由費用最低即LQI值最大值，保證傳輸質(zhì)量。
　　其次，以NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件作為驗證算法的工具，詳細分析了目前ZigBee網(wǎng)絡(luò)仿真存在的問題。通過移植ZBR以及FNT網(wǎng)絡(luò)層路由算法完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)仿真平臺搭建。通過C++語言編寫FNT算法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層功能，通過Tcl語言編寫OTcl腳本文件配置仿真場景，完成FNT的

4、仿真實驗。從全網(wǎng)平均跳數(shù)、死亡節(jié)點個數(shù)、網(wǎng)絡(luò)剩余能量百分比三個方面，對TR、FNT以及ZBR算法進行性能分析與比較。仿真結(jié)果驗證:FNT路由算法能可靠節(jié)省網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗，實現(xiàn)負載均衡，最長化網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　最后，為了更好地測試路由協(xié)議在實際場景中的能耗特性，本文在目前ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)上，提供了一種ZigBee路由協(xié)議能耗測試系統(tǒng)。主要包括采集、簇頭、匯聚節(jié)點與服務(wù)器端上位機的設(shè)計方案。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)后，采集節(jié)點按照通信