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基于休眠的ZigBee无线传感器网络节能路由协议研究与实现

基于休眠的ZigBee无线传感器网络节能路由协议研究与实现

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作者：赵亚楠重庆邮电大学

学位级别：硕士

无线传感器网络近几十年来已经成为无线通信和计算机科学研究领域中非常受人关注的领域之一,它广泛应用于军事监视、栖息地监测、医疗卫生等场景中。在网络中使用电池供电的传感器节点具有低功耗特性,这些节点一般部署在电池不易更换的... 详细信息

无线传感器网络近几十年来已经成为无线通信和计算机科学研究领域中非常受人关注的领域之一,它广泛应用于军事监视、栖息地监测、医疗卫生等场景中。在网络中使用电池供电的传感器节点具有低功耗特性,这些节点一般部署在电池不易更换的恶劣环境中,因此节能对于增加电池寿命以及网络寿命都很重要。能量的有效利用一直是无线传感器网络研究的核心领域。ZigBee技术是一种组网简单、安全可靠、低功耗的无线通信技术,近年来已经被广泛地应用到无线传感器网络中。本文首先介绍了ZigBee无线传感器网络的研究背景以及MAC层和网络层休眠算法的国内外研究现状。然后介绍了无线传感器网络的特点、组成及相关应用,并介绍了ZigBee的节点分类、网络拓扑结构和技术特点。随后分析了现有的无线传感器网络节能策略,并选用休眠策略来解决能耗问题。其次,针对现有的无线传感器节点双重异步休眠算法在节点逻辑类型影响节能效果、协调数据传输与休眠的关系以及新节点加入等方面仍然存在的不足,提出一种基于全网休眠的ZigBee网络节能算法。该算法提出了三种新机制:对于协调器,采用工作期和短休眠;对于路由节点,采用长休眠和短休眠;对于终端节点,由于终端节点是不负责数据转发,只要自己不发送数据,不需要周期性地醒来,有数据则发送数据,无数据发送则休眠;并且新节点入网前采取监听和短休眠结合的方法节省能量。以TI公司的CC2630芯片为硬件平台,并通过对TI-MAC协议栈的MAC层进行修改和开发,最终实现了协调器、路由节点和终端节点的组网、休眠算法以及无线传输。通过对协调器、路由节点和终端节点的能耗实时测量和计算,ZigBee无线传感器网络休眠算法获得了预期的节能效果。最后总结全文,对ZigBee无线传感器网络休眠算法的未来工作进行了展望。

关键词：无线传感器网络节能异步休眠算法 CC2630

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