一种基于AOMDV的ZigBee多径路由网络均衡算法研究

发布时间：2017-04-14 07:15

  本文关键词：一种基于AOMDV的ZigBee多径路由网络均衡算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为物联网的底层接入技术之一的ZigBee技术是侧重于低速率无线个人区域网络(low-rate wireless personal area network，LR-WPAN)的标准，以其自组织、低功耗、可大规模组网的优势，广泛的应用于在工业控制、智能家居监控、医疗监护、军事作战、安全系统等领域。ZigBee协议的核心部分在网络层，而路由协议又是网络层的关键。好的路由协议关系到网络传输数据的有效性和可靠性，能在较小的路由开销下更为有效的传输数据，降低节点的传输能耗、延长网络的生存周期，提高整个网络的性能。 本文主要以网路层的路由算法为切入点，通过引入多径路由算法并对其进行优化改进来实现网络负载均衡的目的。针对现有的ZigBee网络的路由协议均为单径路由的现状，本文将Ad hoc网络中较为成熟的AOMDV多径路由算法引入ZigBee路由协议。在深入研究ZigBee网络层各单径路由协议和AOMDV多径路由协议的基础上，对移植到ZigBee网络层的AOMDV路由算法提出了3点改进，得到了改进算法AOMDV-ZNE，以达到均衡网络负载的目的： 1.制定用于传输数据的路径选择标准 经过AOMDV路由发现过程会得到多条传输路径，但不是每一条路径都符合传输要求，除了最优路径外，采取非最优路径传输数据均会造成额外的能耗和时延开销。根据网络深度，最优路径跳数，从多条路径中选择部分路径进行数据传输，避免过多的不必要损耗。 2.设计合理的多路径轮询机制 在发送数据总量一定的情况下，若使用单一的路径传输数据，必然会造成该路径上节点能耗的大幅度降低，甚至造成路径上节点的死亡，影响整个网络的生存周期。AOMDV-ZNE路由算法针对多径路由的优势，设计了合理的轮询机制。多路径轮询机制主要通过路由表中的路径标志位PTF和路径可能性PP字段，，以及自定义的路径定时器PathTimer来实现。通过多路径轮询机制，AOMDV-ZNE路由算法充分利用每条路径进行数据传输，使原先集中在最优路径上传输的数据分散在多条有效路径上传输，减少每条路径的使用时间，降低路径上节点的能量消耗，达到均衡整个网络负载的目的。 3.设计使网络负载均衡的路由算法 将多径路由引入ZigBee网络会引起部分网络性能的提高，也会造成另外一部分网络性能的降低，主要的矛盾点集中在平均节点剩余能量和端到端时延这两个性能指标上。通过对这两个性能指标进行数学建模，分析推导出相应的多目标函数及结论。最终将结论转化为多路径轮询机制中使用的参数路径可能性PP，使AOMDV-ZNE路由算法能够均衡网络的各项负载。仿真结果也验证了AOMDV-ZNE路由算法的网络负载均衡特性。
【关键词】：ZigBee 路由协议 多径路由 负载均衡 能量消耗
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92;TP391.44
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 IEEE 802.15.4/ZigBee 技术的研究背景与研究现状11-14
• 1.2.1 IEEE 802.15.4/ZigBee 技术概述及特点分析11-12
• 1.2.2 IEEE 802.15.4/ZigBee 技术的研究现状及存在问题12-14
• 1.3 ZigBee 路由算法的研究现状及存在问题14-15
• 1.4 本文的主要研究内容与章节安排15-18
• 第2章 ZigBee 网络协议及路由算法的分析和研究18-38
• 2.1 引言18-19
• 2.2 ZigBee 网络特性19-22
• 2.2.1 ZigBee 设备类型19-20
• 2.2.2 ZigBee 拓扑结构20-21
• 2.2.3 ZigBee 地址分配21-22
• 2.3 IEEE 802.15.4 标准22-26
• 2.3.1 IEEE 802.15.4 物理层(PHY)22-24
• 2.3.2 IEEE 802.15.4 媒体访问控制层(MAC)24-26
• 2.4 ZigBee 技术协议规范26-29
• 2.4.1 ZigBee 协议网络层(NWK)26-27
• 2.4.2 ZigBee 协议应用层(APL)27-29
• 2.5 ZigBee 网络层路由算法研究29-36
• 2.5.1 Cluster-Tree 路由算法29-31
• 2.5.2 AODV 路由算法31-34
• 2.5.3 ZBR 路由算法34-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第3章 基于 AOMDV 的 ZigBee 多径路由网络均衡算法38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 AOMDV 路由算法研究38-42
• 3.3 基于 AOMDV 的 ZigBee 多径路由网络均衡算法42-53
• 3.3.1 路径的选择标准42-43
• 3.3.2 多路径轮询机制43-49
• 3.3.3 网络均衡的路由算法研究49-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 AOMDV-ZNE 路由算法在 NS2 下的动态仿真与性能分析54-70
• 4.1 引言54
• 4.2 NS2 的架构与原理分析54-58
• 4.2.1 NS2 的架构及模拟过程54-56
• 4.2.2 NS2 的主要组件对象及路由机制56-58
• 4.3 AOMDV-ZNE 路由算法的仿真实现58-64
• 4.3.1 仿真环境设置58-59
• 4.3.2 tcl 脚本设置和仿真实现59-64
• 4.4 AOMDV-ZNE 路由算法的性能分析64-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第5章 全文总结与展望70-72
• 5.1 全文工作与总结70-71
• 5.2 未来工作展望71-72
• 参考文献72-78
• 作者简介78
• 攻读硕士学位期间的科研成果78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 刘丹;基于网络层的低速无线个域网节能方法研究[D];吉林大学;2010年

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本文编号：305490