基于能量感知的ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由算法研究及應(yīng)用.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可為物聯(lián)網(wǎng)底層提供感知監(jiān)測的數(shù)據(jù)，必然會(huì)在大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的機(jī)遇下得到蓬勃發(fā)展。但是，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到實(shí)時(shí)性和能量供給等方面制約。研究表明， ZigBee節(jié)點(diǎn)間無線通信消耗的能量占節(jié)點(diǎn)總能耗的50％以上，選取合適的ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法，來解決節(jié)點(diǎn)能耗過大的問題，進(jìn)而提高 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，推動(dòng)ZigBee技術(shù)在復(fù)雜惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，具有較高的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　傳統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由算法

2、只能沿著樹狀結(jié)構(gòu)向上或者向下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。優(yōu)點(diǎn)在于算法簡單，復(fù)雜度低，組網(wǎng)迅速。缺點(diǎn)在于路由選擇時(shí)沒有考慮鄰居節(jié)點(diǎn)，很大程度上增加了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，并且ZigBee不同節(jié)點(diǎn)間的能量分布不均衡，會(huì)出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)因頻繁使用而變?yōu)槭Ч?jié)點(diǎn)的問題。通過對(duì)ZigBee路由算法進(jìn)行對(duì)比分析，綜合考慮國內(nèi)外專家學(xué)者的研究方案，提出本課題的優(yōu)化策略。本課題主要研究工作如下：
　?。?）針對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由算法存在路徑選擇不優(yōu)和能耗分布不均衡等問

3、題，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范定義的鄰居表，提出一種基于能量感知的ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由優(yōu)化算法。該算法主要從三個(gè)方面加以改進(jìn)，其一考慮算法的實(shí)用性，判斷節(jié)點(diǎn)是否具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能；其二采用動(dòng)態(tài)的能量閾值判斷節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，限制低能量節(jié)點(diǎn)使用，以避免網(wǎng)絡(luò)分割的問題；其三按照樹狀結(jié)構(gòu)計(jì)算所有剩余能量大于能量閾值的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，選擇合適的下一跳節(jié)點(diǎn)，以降低路由開銷，并避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)路效應(yīng)。搭建NS2.35新協(xié)議平臺(tái)，仿真實(shí)驗(yàn)

4、結(jié)果表明該算法明顯改善網(wǎng)絡(luò)分組遞交率、節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)、端到端延時(shí)及能耗等性能，與經(jīng)典的樹路由算法、參考文獻(xiàn)提出的樹路由改進(jìn)算法相比，節(jié)點(diǎn)的使用壽命分別延長了19.40%、12.68%左右。
　?。?）為了驗(yàn)證該優(yōu)化算法的實(shí)用性，根據(jù)項(xiàng)目的需要，將改進(jìn)算法應(yīng)用在智能限電控制系統(tǒng)中。該系統(tǒng)在電力公司辦公區(qū)原有限電控制器基礎(chǔ)上，增加ZigBee模塊、溫濕度測量模塊、3G模塊，其中為了驗(yàn)證算法降低網(wǎng)絡(luò)能耗的性能，ZigBee模塊中網(wǎng)絡(luò)層的樹