無線測溫傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于Zigbee協(xié)議的改進(jìn).pdf

1、智能電網(wǎng)通過集成通信和信息技術(shù)而對傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行根本性的革新。使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能電網(wǎng)能夠有效的低成本地傳輸，監(jiān)控，預(yù)測和管理能源的使用。Zigbee協(xié)議可以作為電站環(huán)境中無線測溫傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)協(xié)議。Zigbee是一個基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，用于從小型低功耗無線電建立個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。Zigbee定義的速率是250kbit/s，最適用于來自傳感器或者輸入器件的間歇的數(shù)據(jù)傳輸。
　　目前對于Zigbee協(xié)議

2、的應(yīng)用，雖然在節(jié)點睡眠機(jī)制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由協(xié)議，容錯以及恢復(fù)機(jī)制等各個方面都有廣泛研究，但是各自具有一定的局限性，缺乏整體系統(tǒng)性的整合機(jī)制，對電站無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體性能的提升有限，不能充分解決網(wǎng)絡(luò)低能耗的關(guān)鍵問題。其中采用的媒體訪問控制協(xié)議，因為每個節(jié)點采用的周期睡眠，大多導(dǎo)致數(shù)據(jù)包傳輸延遲增加，也不能完全滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的需求。
　　本論文針對國家電網(wǎng)自取能無線測溫組網(wǎng)中的低功耗和安全可靠傳輸?shù)膹?fù)雜需求，提出了一種基于Zi

3、gbee的無線測溫傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架。該協(xié)議框架將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法進(jìn)行優(yōu)化。在媒體訪問控制（MAC）層睡眠調(diào)度算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計提出一種改進(jìn)的對于節(jié)能有效的節(jié)點睡眠調(diào)度機(jī)制。睡眠調(diào)度負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)信息采集和睡眠喚醒過程控制。并且采用一種有效的選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合的算法,實現(xiàn)了路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合的動態(tài)更新，促使網(wǎng)絡(luò)中能量均勻分布。另外基于主動恢復(fù)的思想，提出實現(xiàn)了改進(jìn)的備份節(jié)點和路由選擇算法，可以有效地防止網(wǎng)絡(luò)中潛在的錯誤發(fā)生，減

4、少節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)頻率，進(jìn)一步提高無線測溫芯片組網(wǎng)的可靠性。
　　實驗仿真結(jié)果顯示，在節(jié)點數(shù)目大于50時，本文采用的優(yōu)化協(xié)議機(jī)制平均延時最小。例如在節(jié)點數(shù)目為150時，優(yōu)化機(jī)制的平均延時比LMAC大約減少67％，比SMAC減少大約60%。優(yōu)化機(jī)制的每數(shù)據(jù)包平均能量也少于其他的媒體訪問控制協(xié)議。例如，在節(jié)點數(shù)目為100時，本優(yōu)化機(jī)制的平均能量為SMAC的78%左右，LMAC的57%左右。機(jī)制的數(shù)據(jù)包丟失率也有改進(jìn)。例如節(jié)點數(shù)目為100時

5、，此機(jī)制的數(shù)據(jù)包丟失率比LMAC低2%左右，比SMAC低12%左右。另外，在節(jié)點數(shù)目為100時，該機(jī)制的吞吐率為LMAC的1.55倍左右，為SMAC的1.12倍左右。這顯示了優(yōu)化機(jī)制比其它媒體訪問控制協(xié)議獲得了更大的吞吐率。
　　總之，本論文通過完成上述改進(jìn)的基于ZigBee協(xié)議的自適應(yīng)動態(tài)睡眠調(diào)度機(jī)制，從而降低了整個網(wǎng)絡(luò)的能源消耗。提出實現(xiàn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合選擇算法，通過選擇高質(zhì)量鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合，最小化數(shù)據(jù)包的傳輸延時。在和睡眠