链状结构的ZigBee网络容量问题研究

发布时间：2017-04-06 12:10

  本文关键词：链状结构的ZigBee网络容量问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Zig Bee技术是一种广泛应用于无线传感网络中的通信技术,因其低成本、低功耗、低速率、可嵌入各种设备的特点而被应用到工业控制、家庭自动化和交通管理等领域。然而受自然条件或人工设施的影响,一些监控区域呈链状分布,例如河流、桥梁、输电线路、道路等。这些区域的监控节点呈一维链状分布。在这种场景下,ZigBee网状网络的节点容量超过三十个时,出现网络不稳定的问题。因此结合链状网络的特点,采用ZigBee链状结构网络解决容量不足的问题。链状无线网络具有以下特点:(1)路径单一,网络中的节点呈线性分布,数据传输路径仅有一条;(2)多跳路由,节点采集的数据通过逐跳转发的方式到达汇集节点;(3)网络负载不均衡,邻近汇聚节点的路由节点转发的数据较多,远离汇聚节点的路由转发的数据较少。因此,在实际应用中,随着网络容量的增大,链状网络将出现节点离线、网络崩溃、数据传输延迟高等不稳定问题。针对因网络容量增大引起网络不稳定的问题,从链路可靠性和数据传输可靠性两个方面进行研究。其中在链路可靠性研究中,采用断网重连机制使离线节点重新入网;采用功率控制机制实现节点调整发射功率跳过损坏节点进行数据传输;采用双链路下的冗余节点机制用于发现替代线路,提高链路传输的稳定性。在数据传输可靠性研究中,采用基于多个收发时隙的调度机制提高数据发送的准确性;通过链路分簇的形式实现减少路由、降低数据转发次数的目的;利用簇内数据融合减少数据量;增加数据发送的差错控制,提高数据传输的稳定性。为了验证方案的可行性,设计了一套ZigBee链状无线网络系统,并对该系统进行了功能和性能测试。在功能方面,在部分节点离线或失效的状况下,全网其他节点仍能实现数据传输;数据融合机制有效的降低了数据量和数据转发次数。在性能方面,两百个节点组成的链状网络能够稳定地运行;其数据传输的丢包率和传输时延能够满足实际需要。实际测试表明,该系统在大容量网络中的稳定性和可靠性方面有了很大提高,提高了链状结构的ZigBee网络的实际价值。
【关键词】：无线通信 链状网络 ZigBee 容量问题 可靠性
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 选题背景12-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 论文主要工作14-15
• 1.4 论文组织结构15-16
• 第2章 ZigBee链状系统分析16-24
• 2.1 Zig Bee技术16-19
• 2.1.1 ZigBee网络设备和拓扑结构16-17
• 2.1.2 ZigBee协议体系结构17-19
• 2.2 链状无线网络系统19-20
• 2.2.1 链状无线网络系统的结构19
• 2.2.2 链状无线网络系统的特点19-20
• 2.3 链状网络大容量下存在的问题20-23
• 2.3.1 链路可靠性问题21-22
• 2.3.2 数据传输可靠性问题22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 ZigBee网络大容量下的关键技术研究24-36
• 3.1 链路可靠性研究24-28
• 3.1.1 断网重连机制24-25
• 3.1.2 功率控制机制25-26
• 3.1.3 双链路下的冗余节点机制26-28
• 3.2 数据传输的可靠性研究28-35
• 3.2.1 介质访问控制协议28-30
• 3.2.2 路由协议30-32
• 3.2.3 数据融合32-34
• 3.2.4 差错控制34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 链状无线网络系统设计与实现36-54
• 4.1 链状无线网络系统测试平台硬件设计36-41
• 4.1.1 无线通信模块电路设计36-39
• 4.1.2 路由节点电路设计39-41
• 4.2 链状无线网络系统测试平台软件设计41-52
• 4.2.1 TIMAC的协议栈结构41-42
• 4.2.2 网络层设计42-50
• 4.2.3 应用层设计50-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 系统测试54-69
• 5.1 系统测试环境54-55
• 5.2 系统功能测试55-63
• 5.2.1 协调器建网和路由器入网测试55-56
• 5.2.2 链状组网以及网络通信功能测试56-58
• 5.2.3 链状网络链路可靠性测试58-61
• 5.2.4 链状网络数据融合测试61-63
• 5.3 系统性能测试63-68
• 5.3.1 网络容量测试63-65
• 5.3.2 大容量下的数据传输转发率测试65-67
• 5.3.3 大容量下的数据传输时延测试67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 工作总结69-70
• 6.2 未来工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 附录 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 范晓辉;王延年;郑晓庆;;链状线型WSN中基于梯度的分簇成链算法[J];计算机应用与软件;2014年06期

2 朱晓娟;陆阳;邱述威;官骏鸣;;无线传感器网络数据传输可靠性研究综述[J];计算机科学;2013年09期

3 周林;冯婷婷;;基于ZigBee的无线医疗监护系统设计[J];电脑知识与技术;2013年03期

4 王力康;于浩;王凯;;一种面向长链状无线传感器网络的数据转发算法[J];信息与电脑(理论版);2012年10期

5 孙凤杰;王桢;;基于路灯单灯状态监控的无线链状网络路由算法的研究[J];计算技术与自动化;2011年04期

6 卿晓霞;王文章;王波;;基于节点转移的ZigBee网络孤立点减免算法[J];仪器仪表学报;2010年07期

7 马祖长,孙怡宁,梅涛;无线传感器网络综述[J];通信学报;2004年04期

  本文关键词：链状结构的ZigBee网络容量问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：288845