基于AODVjr和分簇机制的ZigBee网络路由算法研究

作     者：刘毅 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白乐强

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：ZigBee网络 树路由 AODVjr 节点深度 RREQ分组 簇标 

摘      要：ZigBee技术拥有低功耗、低成本、低复杂度、高可靠性等方面的特点,已经成为无线传感器网络的主流技术。随着ZigBee协议的不断完善,基于ZigBee技术的无线传感器网络在智能家居、环境监测、智能交通、工业控制和农业生产等多个领域具有广泛的应用。由于ZigBee网络中的节点能量有限,网络的生存周期严重依赖于节点能量的有效使用。因此根据不同的需求设计出高性能的路由算法,提高节点工作效率,减少网络的路由开销,降低节点的能量损耗,对延长网络的生存周期具有重大意义。现有ZigBee路由算法可以分为三大类型,分别是树路由算法、AODVjr路由算法和两者的混合算法。本文通过研究现有ZigBee网络路由算法,针对现有路由算法存在的问题,提出基于节点深度的AODVjr改进路由算法和基于节点簇标的ZigBee混合路由能量优化算法。针对AODVjr路由算法及现有路由发现算法存在路由开销较大、网络的能量损耗大等问题,在AODVjr路由算法基础上,提出基于节点深度的AODVjr改进路由算法。该算法基于ZigBee网络的层次化结构,利用节点深度计算自身到目的节点的树路由跳数。源节点发起路由发现时,设置源节点到目的节点的树路由跳数为RREQ分组的最大传输跳数,控制RREQ分组的传输范围,减少因传输范围过大造成的冗余RREQ分组。在路由发现过程中,收到RREQ分组的节点根据自身到目的节点的树路由跳数决定是否广播RREQ分组,减少RREQ分组的广播数量。仿真结果表明,该算法可明显减小路由发现过程中的路由开销和降低网络的能量损耗。针对现有ZigBee混合路由算法能量消耗大的问题,在树路由算法与AODVjr路由算法的基础上,提出基于节点簇标的ZigBee混合路由能量优化算法。该算法利用节点簇标将网络分成若干个非均匀的逻辑簇,根据目的节点簇标判断目的节点在簇内还是簇外,选择传输数据的方式。簇内采用基于邻居表的树路由算法,簇间采用改进的AODVjr路由算法来寻找路径。在改进的AODVjr算法中,通过设置RREQ分组的最大传输跳数,减小RREQ分组的传输范围。在路由发现过程中,限定只有簇首和网关节点能转发RREQ分组,减少了冗余的RREQ分组。同时将RREQ分组中的目的地址替换为目的节点簇标,目的节点所在簇的簇首和网关节点都能回复RREQ分组,避免簇首频繁转发数据。仿真结果表明,该算法可明显减小网络的路由开销百分比和提高网络的剩余能量百分比。