基于负载均衡的ZigBee网络多径路由算法研究

发布时间：2017-07-15 07:15

  本文关键词：基于负载均衡的ZigBee网络多径路由算法研究

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【摘要】：Zig Bee作为无线传感器网络中关键的短距离无线通信技术,凭借着其低成本、低功耗和高安全性等优势,被广泛应用于自动控制和远程监控等领域。网络层是Zig Bee协议中最关键的一层,而网络层中的路由协议对整个网络数据传输的质量以及网络的性能有很大的影响。路由协议的改进和优化可以在很大程度上改善网络的整体性能。随着物联网的快速发展,Zig Bee技术应用的领域也越来越多,只有不断的提升Zig Bee网络的性能才能满足物联网不断增长的需求。本文在对Zig Bee协议网络层路由机制进行深入研究的基础上,对Zig Bee网络中现有的路由协议进行了总结和分析,并重点研究了Zig Bee网络中的多径树路由协议。针对现有多径路由协议中存在的路径间干扰和流量分配不均衡问题,通过对Z-MHTR路由算法进行改进和优化,提出一种基于负载均衡的Zig Bee多径路由算法—Z-LBMR,以达到减少路径间干扰和网络负载均衡的目的:(1)为减少路径间干扰,提出了一种新的多径树路由建立机制。首先,在每个节点维护的邻居表中添加干扰标志位,当主路径建立完毕之后,主路径周围的节点将会被标记为干扰节点。然后,当子路径建立时可以很好的避开这些节点,这样在各路径之上数据的传输彼此不受影响,从而极大的减少数据碰撞和丢包情况,不仅提高了数据传输的可靠性,而且增加了数据传输的带宽。(2)负载的合理分配可以保护主路径避免因为过度的使用而过早失效,使网络资源得到更高效的利用。本文提出一种有效的负载分配算法,在对源节点进行流量负载分配时不只是考虑路径的跳数,而是综合考虑每条路径的链路质量、时延、剩余能量等信息。通过获得的各路径性能指标的相关信息,然后根据这些信息计算在各条路径上进行数据转发的比率,完成负载分配。(3)在NS2仿真环境下对树路由、Z-MHTR和Z-LBMR路由算法进行仿真对比,并对仿真结果进行了详细的分析。仿真结果表明,Z-LBMR算法相对同类型的路由算法在分组投递率、平均端到端时延和网络生存周期方面都有明显改善。
【关键词】：Zig Bee 多径路由 径间干扰 负载均衡
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 Zig Bee技术的研究背景及发展现状10-13
• 1.2.1 ZigBee技术概述及优缺点分析10-11
• 1.2.2 ZigBee技术的发展现状及存在的问题11-13
• 1.3 Zig Bee网络层路由算法研究现状13-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-18
• 第2章 Zig Bee网络协议的研究与分析18-29
• 2.1 引言18-19
• 2.2 IEEE 802.15.4 标准19-23
• 2.2.1 IEEE 802.15.4 物理层(PHY)规范19-21
• 2.2.2 IEEE 802.15.4 媒体访问控制层(MAC)规范21-23
• 2.3 Zig Bee协议规范23-26
• 2.3.1 ZigBee网络层(NWK)规范23-24
• 2.3.2 ZigBee应用层(APL)规范24-26
• 2.4 ZigBee网络特性26-28
• 2.4.1 ZigBee组网26-27
• 2.4.2 ZigBee网络的拓扑结构27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于负载均衡的ZigBee网络多径路由算法29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 Zig Bee网络路由算法研究29-37
• 3.2.1 ZigBee网络单径路由算法研究30-35
• 3.2.2 ZigBee网络多径树路由算法研究35-37
• 3.3 基于负载均衡的ZigBee网络多径路由算法37-43
• 3.3.1 ZigBee网络及能量模型37-39
• 3.3.2 路径建立过程39-42
• 3.3.3 负载分配及数据传输42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章Z-LBMR路由算法在NS2下的动态仿真与分析44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 NS2仿真软件的架构和原理分析44-49
• 4.2.1 NS2网络模拟过程44-46
• 4.2.2 NS2的主要组件及路由模拟机制46-49
• 4.3 Z-LBMR路由算法仿真实现49-52
• 4.3.1 仿真环境参数49
• 4.3.2 tcl脚本和仿真实现49-52
• 4.4 Z-LBMR路由算法性能分析52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 全文总结与展望56-58
• 5.1 全文工作总结56-57
• 5.2 未来工作展望57-58
• 参考文献58-63
• 作者简介63
• 攻读硕士学位期间的科研成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：542886