基于ZigBee的WSN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及路由協(xié)議研究.pdf

1、隨著傳感器設(shè)備功能不斷增強(qiáng)以及無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。其中基于具有低功耗、低成本與高可靠性等特點(diǎn)的ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，由于現(xiàn)有ZigBee路由協(xié)議存在自身的缺陷以及應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性對(duì)ZigBee路由協(xié)議提出了更高要求。本文在此背景下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并針對(duì)ZigBee路由協(xié)議的缺陷提出相應(yīng)的改進(jìn)算法以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能，具體研究

2、內(nèi)容如下:
　　首先，本文在深入分析ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)搭建基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件部分采用基于CC2530芯片的傳感器節(jié)點(diǎn)模塊，軟件部分主要采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧。同時(shí)，為方便管理外圍設(shè)備以及進(jìn)行功能測(cè)試，軟件部分設(shè)計(jì)了相應(yīng)外圍硬件管理功能模塊與測(cè)試管理功能模塊。通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)可知，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠正常運(yùn)行ZigBee協(xié)議棧并實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要功能。此外，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為ZigBee

3、網(wǎng)絡(luò)路由算法的性能測(cè)試提供了平臺(tái)基礎(chǔ)。同時(shí)可以對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)一步完善與擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)ZigBee技術(shù)相關(guān)的多種應(yīng)用。
　　其次，本文提出一種基于交互鄰居表的改進(jìn)樹(shù)型路由算法。該算法能夠克服原有ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹(shù)型路由算法按照固定父子關(guān)系選擇路徑而造成路徑偏長(zhǎng)與節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡的缺陷。該算法中節(jié)點(diǎn)首先交互各自鄰居表信息以獲得兩跳范圍內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)信息，并采取基于兩跳范圍的局部最優(yōu)策略，即每次都在所有二級(jí)鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最小跳數(shù)值

4、最小的節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此能夠有效減少數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)與網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于交互鄰居表的改進(jìn)樹(shù)型算法相比于原有樹(shù)型路由算法及其現(xiàn)有改進(jìn)算法，在平均網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、平均跳數(shù)、不同網(wǎng)絡(luò)深度節(jié)點(diǎn)的平均中繼次數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)總能量消耗等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。特別是與原有樹(shù)型路由算法相比，本文提出的改進(jìn)算法在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大、節(jié)點(diǎn)較密集的情況下，平均網(wǎng)絡(luò)延時(shí)降低了37.5％，并且網(wǎng)絡(luò)總能量消耗有效減少27.3％。
　　最后，本文提出一種基于逐級(jí)反饋的AO

5、DVjr路由修復(fù)算法。該算法有效解決了原有AODVjr協(xié)議在路由修復(fù)過(guò)程中，RREQ分組廣播范圍設(shè)置不合理以及沒(méi)有限制其廣播方向而引起路由開(kāi)銷大和能量消耗過(guò)多的問(wèn)題。該算法主要采用鏈路中斷節(jié)點(diǎn)就近逐級(jí)反饋進(jìn)行本地修復(fù)的策略;同時(shí)在路由修復(fù)過(guò)程中，修復(fù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋的RERR分組信息限制RREQ分組的廣播范圍;其它節(jié)點(diǎn)通過(guò)判斷與目的節(jié)點(diǎn)的關(guān)系來(lái)確定是否轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組以限制其廣播方向。此外，修復(fù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定是否進(jìn)行本地修復(fù)以減少