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基于节点特性的lr-wpan网络能量优化路由算法

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通信学报 2010年第10期31卷 238-243页

作者：钱志鸿张晓帆王义君关婷艳吉林大学通信工程学院吉林长春130025

针对ZigBee网络混合路由算法的不足,考虑低速无线个域网(lr-wpan)网络的能耗问题,提出了一种基于ZBR路由协议的改进算法(F-ZBR)。本算法通过定义最小路由能量值和控制路由请求分组(RREQ)的传输方向、跳数以及在RREQ分组中加入能量标志... 详细信息

针对ZigBee网络混合路由算法的不足,考虑低速无线个域网(lr-wpan)网络的能耗问题,提出了一种基于ZBR路由协议的改进算法(F-ZBR)。本算法通过定义最小路由能量值和控制路由请求分组(RREQ)的传输方向、跳数以及在RREQ分组中加入能量标志位等措施,降低网络的整体能耗。仿真结果表明,F-ZBR算法的分组投递率、网络可用节点比率和网络剩余能量都较ZBR有明显提高,从而可以延缓ZigBee网络中大量数据传输造成的RN+节点能量过度损耗而导致的网络瘫痪等问题的发生,延长网络生命周期。

关键词： lr-wpan ZigBee 能量优化 RN+节点 AODVjr RREQ分组

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Simulation Study of the Influence of the Hidden and Exposed Stations for the Efficiency of IEEE 802.15.4 lr-wpan Networks

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Wireless Sensor Network 2010年第1期2卷 7-17页

作者： Dariusz KOSCIELNIK AGH University of Science and Technology Department of ElectronicsKrakówPoland

This article presents an analysis of wireless personal area networks with low transmission rate, utilized more and more often in industrial or alarm systems, as well as in sensor networks. The structure of these systems and available ways of transmission are defined by the IEEE 802.15.4 standard. The main characteristics of this standard are given in the first part of this article. The second part contains the description of simulation tests that have been realized. Their results make available an evaluation of the effective transmission rate of a transmission channel, the resistance to the phenomenon of hidden station as well as sensibility to the problem of the exposed station.

关键词： Wireless Network Sensor Network lr-wpan Csma/Ca Slotted-Csma/Ca Transmission Protocol Hidden Station Exposed Station

基于lr-wpan网络层的节能路由算法的研究

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基于LR-WPAN网络层的节能路由算法的研究

作者：张晓帆吉林大学

学位级别：硕士

ZigBee技术是一种低速率、低功耗、低成本、高可靠性和可组建大规模网络的技术,它可应用在工业控制、智能家居监控、医疗监护、军事作战、安全系统等领域。IEEE 802.15.4和ZigBee联盟联合致力于一种低速率网络标准的开发。IEEE 802.15.... 详细信息

ZigBee技术是一种低速率、低功耗、低成本、高可靠性和可组建大规模网络的技术,它可应用在工业控制、智能家居监控、医疗监护、军事作战、安全系统等领域。IEEE 802.15.4和ZigBee联盟联合致力于一种低速率网络标准的开发。IEEE 802.15.4负责制订底部的两层:物理层和媒体接入控制层;ZigBee联盟负责制订协议的上层:网络层和应用层。目前,节约能耗是lr-wpan的研究热点,因为节能是一个永恒的话题,现在提倡的低碳生活就是要把节能的概念放在第一位。本文在了解ZigBee各层协议的基础上,深入研究了ZigBee网络层路由算法,通过阅读大量的ZigBee路由优化的参考文献,又对ZigBee路由(ZBR)的性能进行了详细的分析,提出了以下创新研究点:一是针对RN+节点的特性,提出优化RN+节点的路由方式,使得RN+节点不会因为能量过低退出网络而使网络不可用,该算法可以有效地节省网络开销,延长网络寿命。二是利用分簇来确定FFD节点在网络中采用何种路由算法,并在分簇的基础上对网络的路由进行优化。该算法能够节省很大一部分无谓的能量消耗,可以节省网络能量,延长网络生命周期。本文共分为五章,章节安排如下: 第1章是绪论。主要对无线个域网wpan技术及低速无线个域网lr-wpan技术进行简要介绍,重点介绍了ZigBee技术各个层次的研究现状,研究者们针对各个层次的研究点,应用场合及发展前途。还将ZigBee技术与其他无线短距离通信技术进行了比较,以表现出ZigBee的优越性。概括了本文的主要工作内容。第2章是IEEE 802.15.4/ZigBee网络协议及技术概述部分,概述了ZigBee技术协议的结构,IEEE 802.15.4标准的物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC),ZigBee协议网络层(NWK)及应用层(APL)以及ZigBee网络结构,为后续的理论研究做了一定的铺垫。第3章是基于节点特性的lr-wpan网络能量优化路由算法,该章首先介绍了一些与lr-wpan/ZigBee网络层相关的路由算法(AODV算法,AODVjr算法及Cluster-tree算法),然后总结了一些与ZigBee路由相关的论文,提出了一种优化RN+节点路由的算法(F-ZBR),该算法规定网络传输路由请求分组(RREQ)的最大跳数,减少部分的冗余RREQ分组,又根据节点之间的父子关系来限制路由请求分组的走向,以减少另一部分冗余的RREQ分组;还定义了最小路由能量,使得能量较低的RN+节点采用比AODVjr能耗小的Cluster-tree算法寻找路由,尽可能的减少能量低的RN+节点的能量消耗;又在RREQ分组中加入了能量标志位,使得经过能量低的RN+节点的RREQ分组将能量标志位置为1,当目的节点在选择路径时,会尽量选择能避开能量低的RN+节点的路径。通过从分组投递率,网络中可用节点比率,网络剩余能量百分比三方面对该算法进行仿真分析,并与ZigBee原有协议中的算法进行比较。第4章是基于分簇的ZigBee mesh网络路由算法,该章首先介绍了ZigBee网络中分簇算法的基本思想,又概述了一种比较好的分簇方法。提出了一种新的基于分簇的路由优化算法(ZClr),该算法基于节点的特性对簇中的节点分配角色,距离中央协调器偶数跳的有路由能力的节点作为簇头,并采用Cluster-tree路由算法;而距离中央协调器奇数跳的有路由能力的节点作为网关,采用AODVjr路由算法。该算法又在分簇的基础上控制了RREQ分组泛洪的走向,限制了簇内泛洪。通过从端到端时延,分组投递率,网络剩余能量比率,簇头节点能耗四方面对该算法进行仿真分析,并与ZigBee原有协议中的算法进行比较。第5章是总结部分,对全文进行了总结,并对ZigBee网络今后的发展方向,节能问题可能会涉及的研究点进行介绍,还指出了lr-wpan发展中需要进一步解决的问题。

关键词： lr-wpan ZigBee 节能 RN+节点分簇

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基于lr-wpan路由算法的研究

基于LR-WPAN路由算法的研究

作者：董志诚吉林大学

学位级别：硕士

随着社会信息化日新月异的发展,短距离无线通信网络在我们的生活中起到了日益重要的作用。其中,以ZigBee技术作为承载方式的低速无线个人局域网(lr-wpan)以其低功耗、低成本、网络容量大等特点,在智能家居、远程医疗和工业控制等领域扮... 详细信息

随着社会信息化日新月异的发展,短距离无线通信网络在我们的生活中起到了日益重要的作用。其中,以ZigBee技术作为承载方式的低速无线个人局域网(lr-wpan)以其低功耗、低成本、网络容量大等特点,在智能家居、远程医疗和工业控制等领域扮演着非常重要的角色。针对ZigBee网络混合路由算法的不足,考虑lr-wpan网络的能耗问题,本文提出了一种基于ZBR路由协议的改进算法(C-ZBR),该算法综合考虑路由控制分组传送的方向性,通过路由控制分组中方向标志位和树遍历操作的引入以及最小剩余能量值的定义,保证所选的路由能满足数据业务要求的同时降低网络的整体剩余能量。本文在研究分析lr-wpan标准、ZigBee协议规范及其网络结构的基础上,对现有ZigBee网络的路由算法进行深入研究和性能比较分析,针对低速无线个域网特有的网络性能引入了C-ZBR算法,并详细讨论改进算法的设计过程及其所需的数据结构。本文主要从路由控制分组、树遍历过程及最小剩余能量控制等方面对ZBR路由协议进行改进,并利用NS2网络仿真工具在lr-wpan模块的基础上搭建ZigBee路由仿真平台,通过配置不同的仿真场景分别对ZBR和C-ZBR两种路由算法进行了仿真分析研究及其性能比较。结果表明C-ZBR算法能够减少路由开销,降低节点能量消耗,进而延长网络的整体生命周期。

关键词： lr-wpan ZigBee 无线传感器网络 AODVjr Cluster-Tree

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一种lr-wpan网络节能的路由算法研究

一种LR-WPAN网络节能的路由算法研究

作者：王杨吉林大学

学位级别：硕士

随着科学技术的日新月异，物联网已经悄无声息的进入了人们的视野，物联网给人们的未来生活带来了无限的遐想。然而目前物联网的发展还处于萌芽阶段，还有很多困难和挑战等待研究学者们解决，特别是针对一些复杂恶劣的环境，能耗问题是... 详细信息

随着科学技术的日新月异，物联网已经悄无声息的进入了人们的视野，物联网给人们的未来生活带来了无限的遐想。然而目前物联网的发展还处于萌芽阶段，还有很多困难和挑战等待研究学者们解决，特别是针对一些复杂恶劣的环境，能耗问题是物联网面临的一个巨大的挑战。本文主要是针对物联网中的底层传感网络中路由层存在的问题展开研究，通过对底层网络路由算法的研究，来解决网络中能耗较大的难题，进而延长整个底层网络的生命周期，提高整个物联网的性能，推动物联网在复杂恶劣的环境下的应用。本文的研究主要围绕着底层传感网中应用比较广泛的lr-wpan网络展开，lr-wpan网络中现有的路由算法主要有：簇树路由算法、AODVjr路由算法和ZBR混合路由算法，本文在分析各种算法的优势和不足的基础上，综合考虑国内外研究学者的研究方案，提出了自己的解决方案，本文创新点主要有两个。 1.将多径路由算法的思想融入到AODVjr路由算法中，形成一种新的路由解决方案——多径AOMDVjr路由算法，通过算法的分析和实验结果的验证，证明了将多径路由算法的思想融入到lr-wpan网络中具有可行性。 2.在研究了链路成本、LQI值，节点剩余能量和链路剩余总能量对数据传输的影响的基础上，提出了可能的传输次数和节点能量阈值的概念，综合考虑几种因素对网络的影响，提出了用于路径选择的选择概率，按照选择概率的大小，将多条路径进行排序，分清主次，在数据传输时按照主次顺序传输;在路由维护阶段，有两种情况，一种是主路由失效后立即启用对应选择概率的备用路由，这样可以减少再次的路由请求过程，减少不必要的能耗和时延;另一种是当发现主路由的选择概率低于备用路由或者能量标志位为0时，启用备用路由，则备用路由变为主路由，原来的主路由按照选择概率的大小排序到相应的位置。按此路由策略进行主次路由的选取，进而实现均衡网络中节点的能量消耗。本文在Linux平台下采用NS2网络仿真软件作为验证算法的仿真工具。在对NS2实现机制和工作原理分析的基础之上，首先是在对原有协议实现的基础之上，对所提出的改进算法进行实现，然后根据仿真环境编写TCL脚本文件，最后通过分析得到的trace文件，编写相应的awk文件，得到算法的实验数据，通过gnuplot画图工具，将实验数据以图形的形式表现出来。算法分析的性能指标分别为：分组投递率、路由控制开销，传输时延和节点剩余能量。实验结果表明，本文所提出的算法在各项性能指标方面均有所改善和提高。

关键词： lr-wpan 物联网多径路由能量消耗选择概率

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lr-wpan中节点能量优化方法

电子测量技术 2014年第2期37卷 17-22页

作者：谈彬武赵敏房广江苏浩南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对特定的应用场合,考虑低速率无线个人局域网(lr-wpan)网络节点的能耗问题,提出了一种基于CSMA/CA与TDMA相结合的传输方法。方法以网络同步为前提,通过增加网络休眠时间和划分数据传输时间槽等措施,降低网络的整体功耗。实验结果表明... 详细信息

针对特定的应用场合,考虑低速率无线个人局域网(lr-wpan)网络节点的能耗问题,提出了一种基于CSMA/CA与TDMA相结合的传输方法。方法以网络同步为前提,通过增加网络休眠时间和划分数据传输时间槽等措施,降低网络的整体功耗。实验结果表明,所提方法在增加路由节点的休眠时间和减少终端节点载波侦听功耗方面都优于CSMA/CA算法,延长了网络生命周期。

关键词： lr-wpan 能耗 CSMA CA TDMA 时间槽休眠时间

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低速无线个人区域网802.15.4的安全研究

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计算机科学 2009年第1期36卷 71-76页

作者：朱建新高蕾娜张新访华中科技大学机械学院信息与系统技术研究所武汉430074

短距离无线通信技术近年来成为通信领域热点,其主要特征是低功耗、低成本和低数据率,可广泛应用于军事、工业控制、精准农业及医学等领域的无线传感器网络构建,将会在未来的后PC即普适计算时代发挥重要作用。同时,由于其开放传输信道和... 详细信息

短距离无线通信技术近年来成为通信领域热点,其主要特征是低功耗、低成本和低数据率,可广泛应用于军事、工业控制、精准农业及医学等领域的无线传感器网络构建,将会在未来的后PC即普适计算时代发挥重要作用。同时,由于其开放传输信道和"三低"特性,安全性成为保证短距无线通信网络健壮稳定运行的关键"基石"。针对低速无线个人区域网(lr-wpan)802.15.4,详细分析其安全架构,根据最高安全级别组件AES-CCM的底层加密算法AES和泛型CCM模式,结合安全帧格式,提出了一种AES-CCM实施的输入分组模型,并进行时间性能对比实验。针对lr-wpan可能存在的攻击和802.15.4潜在的安全问题,提出相应的改进措施。

关键词： lr-wpan 802.15.4 安全体系安全组件 AES-CCM 无线个人区域网

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Routing Strategy Selection for Zigbee Mesh Networks

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International Journal of Communications, Network and System Sciences 2010年第7期3卷 608-611页

作者： Ramanathan Karthikeyan 不详

Based on IEEE 802.15.4 Low Rate-Wireless Personal Area Network (lr-wpan) standard, the Zigbee standard has been proposed to interconnect simple, low rate and battery powered wireless devices. The deployment of Zigbee network is expected to facilitate numerous applications such as Home-appliance networks, home healthcare, medical monitoring and environmental sensors. An effective routing scheme is more important for Zigbee mesh networks. In order to achieve effective routing in Zigbee Mesh networks, a Zigbee protocol module is realized using NS-2. The suitable routing for different data services in the Zigbee application layer and a best routing strategy for Zigbee mesh network are proposed. The simulation shows the selection of suitable routing for continuous data services and for bursting data services in the Zigbee application layer and the comparison of three routing strategies namely ERD (All packets Enable Route Discovery), SRD (All packets Suppress Route Discovery) and BOS (routing Based on Data Services) in the aspects of Efficiency and Overhead.

关键词： lr-wpan NS-2 ERD SRD BOS

基于ZigBee网络的混合路由能量优化算法研究

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基于ZigBee网络的混合路由能量优化算法研究

作者：朱爽吉林大学

学位级别：硕士

物联网是一种可以实现全IP覆盖，无所不在的网络。物联网不仅仅由一种或几种技术组成，它包含了大量的通信技术。ZigBee技术由于自身的低功耗、低成本、大容量等优势，被业界默认为物联网中解决无线个域网部分的关键技术，被广泛应用于... 详细信息

物联网是一种可以实现全IP覆盖，无所不在的网络。物联网不仅仅由一种或几种技术组成，它包含了大量的通信技术。ZigBee技术由于自身的低功耗、低成本、大容量等优势，被业界默认为物联网中解决无线个域网部分的关键技术，被广泛应用于智能家居、智能医疗、工业自动化等各个领域。如今，能量资源的消耗已经成为全球关注的问题，而ZigBee技术的核心优势就是低功耗。虽然ZigBee技术自身采取了很多降低能量消耗的方法，但通过学者的研究成果显示，ZigBee技术在能量消耗部分仍有很大的改进空间。ZigBee的网络层是ZigBee协议的核心层次，但ZigBee网络层的研究才刚刚开始，网络层的标准也一直处于不断的修改和完善之中。因此，大量学者开始对ZigBee网络层路由和能量优化展开研究，为物联网的应用和发展奠定了良好的理论基础。本文在对ZigBee技术协议框架进行分析的基础上，重点对ZigBee网络层进行了研究，包括ZigBee技术的组网过程、网络特性以及路由机制等。本文通过研究发现，ZigBee技术虽然采用AODVjr和Cluster-Tree相结合的混合路由算法，但没有充分发挥AODVjr和Cluster-Tree路由算法二者的优势，也没有规定相应的参数和设计方法，且路由发现过程将产生大量冗余的路由控制分组。因此，本文提出一种基于分簇机制的ZigBee混合路由能量优化算法，减少了网络中的冗余分组，降低了网络的能量消耗，延长了网络的生命周期。本文的创新工作主要有以下几部分：对ZigBee技术的路由机制进行了深入研究，包括分布式地址分配方式、网络路由算法、整体路由过程等。分析了现如今ZigBee网络路由的研究现状以及厄待解决的问题，提出一种基于分簇机制的ZigBee混合路由能量优化算法，该算法将ZigBee网络划分为若干个逻辑簇，通过分簇方式来结合AODVjr和Cluster-Tree路由算法的优势，逻辑簇之间采用AODVjr路由算法，逻辑簇内采用Cluster-Tree路由算法;提出通过计算目的节点的父节点地址的方法，减少不必要的路由发现过程，避免了网络中RREQ分组的泛洪，从而降低了能量消耗;提出使用备用节点替代簇首法，避免簇首的过度能量消耗而成为失效节点，以保证网络的稳定性，延长了网络的生命周期。最后，通过对NS2仿真软件工作原理和仿真过程进行深入研究，在IEEE802.15.4物理层和媒体接入控制层模块的基础上，完成了ZigBee网络路由在NS2中仿真平台的搭建过程;通过编写OTcl脚本文件，对实验场景进行了设置，并对CLZBR改进路由算法和ZigBee混合路由算法进行了动态模拟仿真实验和数据分析，将CLZBR路由算法和ZigBee混合路由算法在分组投递率、路由开销百分比、平均网络延迟、网络剩余能量百分比等方面进行了性能比较和分析。

关键词： lr-wpan ZigBee 能量分簇物联网