ZigBee无线组网的实现及路由算法的研究

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ZigBee技术是一种新兴的无线短距离通信技术,与公所周知的蓝牙技术拥有相同的标准:IEEE802.15.4。ZigBee技术低成本、低功耗、低速率、短时延、高安全性的特点使其在工业控制、智能家庭、生物医疗、环境监测等领域有着非常广泛的应用前景。   论文比较了几种常见的无线通信技术,分析这些技术的优点和不足,并对ZigBee技术的特点和应用领域进行了研究。通过ZigBee协议栈各层参考模型对ZigBee技术的协议进行了解析,并建立IAR软件平台。经比较,选定cc2430作为ZigBee通信模块的主控芯片,并设计了其外围电路,通过IAR进行编程、编译实现了ZigBee协调器建立以及节点设备加入网络,并通过串口调试工具和TI公司的Sniffer软件对组建的网络进行了验证。   论文对ZigBee路由协议进行了研究,分析了目前ZigBee网络的路由策略,并针对Cluster-Tree路由算法进行了改进,具体的思想是:引入邻居表和兄弟节点列表,优化节点对下一跳的选择,使得网络数据包横向传递的概率增大,降低网络深度较低节点传递数据的负担,该算法尤其适用于节点位置固定的网络。   论文采用NS-2网络仿真软件对ZigBee进行了网络仿真。仿真分为两个方面:   (1)ZigBee网络组建过程的仿真。针对ZigBee网络协调器的建立,从设备的入网以及路由发现过程进行了仿真,并对仿真产生的Trace文件进行了分析,Narn动画截图更是直观的表现仿真的过程。   (2)改进的Cluster-Tree路由算法仿真。利用NS-2软件对原cluster-tree算法与改进后的算法进行了比较分析。仿真结果表明:在仿真场景下,改进的算法在平均转发跳数方面比原算法减少了35%左右;在封包丢失率方面基本与原算法持平,由此验证了改进算法的优越性,其不仅减少了原算法带来的额外的路由开销,还在网络能量均衡消耗方面起到积极作用,在一定程度上减小了深度较小的节点耗能较大的问题。
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