ZigBee无线传感器网络孤立节点减免算法研究

发布时间：2020-07-05 20:02

【摘要】：ZigBee技术是一种具有低成本、低功耗和低复杂度等优点的新型短距离无线通信技术,目前被广泛应用在无线传感器网络中。随着ZigBee协议的不断完善,基于ZigBee技术的无线传感器网络将在智能家居、工业控制、智能医疗、军事、农业生产以及无线定位等多个领域得到广泛的应用。由于ZigBee网络分布式地址分配机制的不足导致孤立节点多、地址分配成功率低等问题,因此设计一种高可靠性、高性能的地址分配算法对提高ZigBee网络的性能具有重要意义。目前,改进的ZigBee网络地址分配算法可分为四大类,分别是基于借地址的ZigBee网络地址分配算法、基于集中式的ZigBee网络地址分配算法、基于网络重组的ZigBee网络地址分配算法和基于节点优先级的ZigBee网络地址分配算法。针对现有ZigBee网络地址分配算法存在深度折回、孤立节点、地址分配成功率低以及平均通信开销大等问题,本文提出基于拓扑优化的ZigBee网络构建算法和基于深度模型的ZigBee网络借地址分配算法。针对ZigBee网络分布式地址分配算法及现有ZigBee网络构建算法的不足导致深度折回、孤立节点等问题,提出一种基于拓扑优化的ZigBee网络构建算法。该算法在ZigBee网络组建过程中,通过节点间信息交互获取一跳邻居节点的接收信号强度、信号链路质量等信息,借助一跳邻居节点信息,使潜在父节点在其一跳范围内的未入网节点中选择与其父节点公共的未入网节点优先入网以优化网络拓扑结构,改善深度折回问题和减少孤立节点数。仿真结果表明,该算法在减少深度折回的基础上,有效的减少孤立节点数和提高地址分配成功率,在中大规模ZigBee网络的情况下具有明显优势。针对ZigBee网络分布式地址分配算法及现有借地址分配算法的不足导致孤立节点多、地址空间不均衡的问题,在维护原有的拓扑结构的基础上,提出一种基于深度模型的ZigBee网络借地址分配算法。当DAAM算法定义的地址空间小于16位网络地址空间一半时,该算法将DAAM算法未使用的16位网络地址空间分配给所有的路由节点,使得每个路由节点都可为孤立节点分配地址,有效的减少了孤立节点,并维护原有的拓扑结构。同时,提出适用于该借地址分配算法的树路由算法。理论分析表明,该借地址分配算法与DAAM算法具有相同的时间复杂度和存储复杂度。同时,基于该借地址分配算法的树路由算法与ZigBee网络树路由算法的最大路由跳数均为网络最大深度的2倍。仿真结果表明,该借地址分配算法在维护原有的拓扑结构基础上有效的减少孤立节点数,同时提高了地址分配成功率、减少了地址分配平均通信开销和地址分配平均耗时,在中小规模ZigBee网络的情况下具有明显优势。
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN92

【参考文献】

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本文编号：2743062