ZigBee网络的分簇及节能路由协议研究-通信与信息系统专业论文.docx

万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 论 文 使 用 授 权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 摘要 摘 要 现阶段 ZigBee 技术的应用非常广泛，关于 ZigBee 网络路由协议的研究也很多。 但是目前 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，实际运用效果并不佳。为此，本文以大规模 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。另外，在分析 传统的 ZigBee 网络路由协议基础上，本文采用了一种有别于现有 ZigBee 分簇路由 协议的快速、简单的分簇方法，并借鉴 ZBR 路由协议的多协议结合使用的思路， 改进设计了一种新型的适合于大密度网络环境的 ZigBee 网络分簇及节能的路由协 议 ZB-CESRP。 在传统的大型传感器网络中，对网络进行逻辑分簇是一种用以解决在此类场 景中所将面临通信问题的基本方法，然而将分簇方法应用于 ZigBee 网络路由协议 方面的研究却不多。本文针对大规模的 ZigBee 网络，采用逻辑簇划分思想，同时 结合了 ZigBee 网络由中心 PAN 协调器发起组网的特点——在组网同时以 PAN 节 点及其直接 ZR 子节点为初始簇头的新型快速成簇方法，且网络中节点角色简单。 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。ZB-CERSP 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，这样不仅避免了树路由的路 径过长问题，而且也不用路由寻找的发起过程；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，此种设计有利于缩小路由报文的传播范围，减少路由开销。此外，为了节 约簇头节点能量、均衡网络能耗，ZB-CESRP 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，完成了对本文设计的 ZB-CESRP 协议和 ZBR 路由协议以及树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改 进后的 ZB-CESRP 协议的性能优越性，尤其是在大规模网络场景中，该协议能够 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 I 摘要 的端端延迟和丢包率方面也凸显一定成效。 关键词：ZigBee 网络，ZB-CESRP 协议，分簇，路由开销，节点能耗 II ABSTRACT ABSTRACT At present, there are many studies about ZigBee network technology. However, the sizes of the application scene which is small and with narrow network coverage at the beginning. Now, the network covering is gradually becoming biger and biger. Moreover, thera are little reserches on the ZigBee routing protocol which can be able to apply the large-scale network well. This paper focuses on minimizing the cost of routing as far as possible and improv