基于ZigBee技術(shù)的節(jié)點設(shè)計與分簇算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Networks）技術(shù)是以傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的一門無線通信技術(shù)，它可以對數(shù)據(jù)進行采集、處理以及傳輸。已被視為可靠的民事和軍事或者監(jiān)測環(huán)境有害或危險條件下的一個很有前途的方法。而ZigBee技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種新興技術(shù)，憑借其成本低、功耗低、時延短等優(yōu)勢得以迅速發(fā)展并擴展到各個領(lǐng)域，其應(yīng)用前景相對的廣闊。節(jié)點是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的重要組成元素，由于節(jié)點

2、大多數(shù)布置在環(huán)境惡劣的地方中，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的電源通常不能充電或更換。因此，能量效率是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的壽命和成本的關(guān)鍵。只有解決好能量這個問題，才能讓ZigBee網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中起到最大的作用。
　　本文首先在查閱大量文獻的基礎(chǔ)上，簡單描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及其應(yīng)用領(lǐng)域，詳細介紹了ZigBee2006協(xié)議棧的具體結(jié)構(gòu)及各層功能；其次，通過分析ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)以及研究現(xiàn)有的ZigBee節(jié)點設(shè)計方案，根據(jù)節(jié)

3、點設(shè)計的具體要求，選擇合適的硬件元器件，完成ZigBee節(jié)點的設(shè)計以及網(wǎng)關(guān)接口板的設(shè)計，并制作了PCB板；最后，為了保證節(jié)點在后期的運行中能發(fā)揮最好的性能，對節(jié)點的性能進行相關(guān)測試。
　　在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點由于各種原因加入或離開網(wǎng)絡(luò)，使整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化，造成節(jié)點難于管理，產(chǎn)生了節(jié)點的能量快速降低以及丟包率增大的一系列問題，從而降低了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期，為了能有效的解決這些問題，本文在查閱相關(guān)分簇文獻的基礎(chǔ)上，對傳

4、統(tǒng)的分簇算法進行研究，并對其進行優(yōu)缺點的歸納，力爭找到一種較好的分簇算法，通過相關(guān)的改進和優(yōu)化，提出一種新的分簇算法。本算法設(shè)計是基于LEACH算法的改進，主要思想是所有節(jié)點包含在一個圓形區(qū)域內(nèi)，根據(jù)需要將整個網(wǎng)絡(luò)均勻劃分為相應(yīng)的等份。然后基于節(jié)點的剩余能量以及節(jié)點的地理位置信息進行簇頭節(jié)點的選取，最后根據(jù)需要對簇進行相應(yīng)的輪轉(zhuǎn)。設(shè)計的主要目標(biāo)是降低節(jié)點的能量消耗、減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包率、提高網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的負載。<