基于传感器应用的ZigBee路由算法研究
Zigbee无线传感器网络混合路由协议研究
Zigbee无线传感器网络混合路由协议研究摘要：针对ZigBee无线传感器网络存在能量受限、低速率的问题，深入分析了ZigBee路由协议对网络能耗的影响，并利用网络仿真器NS2对其性能进行仿真验证。
仿真结果验证，采用ClusterTree+Aodvjr 的混合路由协议具有较好的性能。
关键词：无线传感器网络；NS2；ClusterTree+Aodvjr0引言随着移动通信信息技术的不断发展，国内外无线网络业务逐年递增。
无线个域网（WirelessPersonalAreaNetwork，简称WPAN）的发展使人们逐渐摆脱电缆的束缚，实现了在近距离内各种设备之间的通信。
ZigBee是近几年发展的一种主要针对WPAN的低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信技术，它能够广泛用于低速率无线传感器网络中，非常适合应用于环境监测领域，在工业、军事、建筑业、智能家居等行业有大的发展空间。
ZigBee协议由Zigbee联盟进行推动，自从2004年发布第一版以来，已经由最初的十几家公司发展为拥有一百多家公司加盟的商业团体，Zigbee技术已经得到广泛推广。
随着ZigBee技术的发展与完善，其广泛应用必将为人们的日常生活带来极大的方便和快捷。
ZigBee规范由IEEE802.15.4与ZigBee联盟共同制定。
ZigBee的底层技术基于IEEE802.15.4，物理层和MAC层直接引用了IEEE802.15.4。
ZigBee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。
ZigBee联盟主要负责制定网络层、安全管理及应用界面规范，并于2004年12月通过了1.0版规范。
ZigBee网络层主要实现加入和退出网络、申请安全结构、路由管理、在设备之间发现和维护路由、发现邻居设备和储存邻居设备信息。
ZigBee网络层支持星形、树形和网格形拓扑结构，采用ClusterTree和AODVjr的路由算法。
基于ZigBee的无线传感器网络网关的研究与实现的开题报告
基于ZigBee的无线传感器网络网关的研究与实现的开题报告题目：基于ZigBee的无线传感器网络网关的研究与实现一、选题背景和意义无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的无线传感器节点组成的、能够自组织、自配置和自修复的分布式网络系统，被广泛应用于环境监测、智能家居、工业自动化等领域。
无线传感器节点通过感知环境信息并将其传输到网络上，实现对环境的监测和控制。
然而，如何将这些分散且单一的节点组织成一个能够协同工作的网络系统，实现数据的采集和处理，依然是WSN的研究热点。
本课题旨在研究ZigBee无线通信技术，实现基于ZigBee的无线传感器网络网关。
通过网关将分散的节点连接起来，实现数据的采集和处理，提高网络的可靠性和稳定性。
同时，通过分析和测试，优化无线传感器网络系统中各个环节的参数设置和协议选择，提高系统的性能和效率。
因此，本课题具有较大的实用价值和应用前景。
二、研究内容1.无线传感器网络的组成和基本技术2.ZigBee协议的介绍和应用3.ZigBee无线传感器网络网关的体系结构和设计4.无线传感器网络网关的实现和测试5.性能优化和测试分析三、研究方法和技术路线1.文献调研和分析，了解无线传感器网络和ZigBee协议的研究进展和应用现状。
2.进行实验研究和测试，构建ZigBee无线传感器网络网关，通过数据采集和处理实现节点的连接和协同工作。
3.基于实验数据进行性能测试和参数优化，对网络的稳定性、可靠性和效率进行分析和评估。
4.总结研究结果，撰写学术论文，并进行学术讨论和交流，为无线传感器网络和ZigBee协议的研究提供新的思路和方法。
四、预期成果1.实现基于ZigBee的无线传感器网络网关，并能够连接和协调多个节点，完成数据传输和处理。
2.通过测试和分析，提高网络的可靠性和稳定性，优化网络的性能和效率。
3.撰写学术论文，发表在相关期刊或国际会议上，为无线传感器网络和ZigBee协议的研究提供新的思路和方法。
基于Zigbee网络的路由算法研究
ｌ ——— 『————。ｆ 丢弃 据 ］ — 本数 帧
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Ｎ —— ＿Ｊ ０ — — — —
Ｙｅ Ｓ
已知到 目的节点路径的 中间节点也可以做 出响应；
Ｙ。 Ｙ髂
其次 Ａ Ｄ 不存在 Ａ Ｄ 中的 “ Ｏ ￣ｒ ＯＶ 先驱节点列表
（ｒ ｕｓｒｓ” 从而简化 了路 由表结构。在 Ａ Ｄ ｐｅ ｒ ｌｔ ， ｅ ｏ ｉ） Ｏ Ｖ
的核心，根据实际应用 中网络结构的不同， ｉ ｅ Ｚｇ ｅ Ｂ
一
般采用两种最常用的路 由协议：树状路由协议和
味发展单一的性能强大可靠的通用计算机，而是倾
向于生产廉价的具有有限计算能力并能执行特定任
网状路由协议 。下面就对这两种路 由协议分别代表 性的簇树路由算法和 Ａ Ｄ ｊ Ａ —ｏ ｎＤ ｍ ｎ Ｏ Ｖｒ（ ｄｈｃ — ｅ ａｄ Ｏ
备都有一定的地址空间分配给后裔结点 。树路由不
需要存储路由表， 简单并且无初始延迟。因此， 任何
一
辑上的信息世界， 改变了人类之间的沟通方式， 无线
传感器 网络 则是将逻 辑上 的信息世界 与客观 上 的物
个低资源的设备都可以加入一个 Ｚｇｅ 网络， ｉ ｅ ｂ 但
是路由路径却未必是最优的路径 。Ｚｇｅ 簇树路 由 ｉ ｅ ｂ
（ ｆｒ ｔ ｎ＆Ｃ ｎｒｌ ｎ ｉ ｅｉｇ ａｕｔ，ｈｎａｇ ｉｎｈ ｎｖｒｉ，Ｌａｎｎ ｈｎ ａｇ１０６） Ｉ ｏｍａｏ ｎ ｉ ｏｔ ｇｎ ｒ ｃｌ Ｓｅｙｎ ａｚｕＵ ｉｅ ｔ ｏＥ ｅ ｎ Ｆ ｙ Ｊ ｓ ｙ ｉ ｉｇＳ ｅｙｎ １ １８ ｏ
摘
要： 本文针对基于Ｚｇ ｅ 网络的路 由算法进行相关研 究， ｉ ｅ ｂ 并分析其优缺点。
无线传感器网络中的路由算法研究与优化
无线传感器网络中的路由算法研究与优化无线传感器网络是一种基于自组织网络技术的网络，其应用范围广泛，并可以实现监测、控制等功能。
然而，由于传感器节点的资源限制，如能源、内存和计算能力等，使得无线传感器网络具有一定的不可预测性和动态性，因此，如何设计高效的路由算法成为了无线传感器网络领域的一个研究热点。
目前，无线传感器网络中的路由算法主要分为两大类：基于网络拓扑结构的路由算法和基于能量的路由算法。
前者是根据网络拓扑结构来进行路由选择，如最短路径、最大熵等，后者是根据传感器节点剩余能量来进行路由选择。
两种算法各有优点和缺点，这篇文章将重点讨论路由算法的研究和优化。
一、网络拓扑结构路由算法网络拓扑结构路由算法是根据网络拓扑结构来选择最优路径的算法。
在无线传感器网络中，网络拓扑结构通常指的是无向图或有向图，其中节点表示传感器节点，边表示节点之间的通讯链路。
网络拓扑结构路由算法的优点是可以减少路由开销、降低网络延迟和提高网络吞吐量。
然而，由于无线传感器网络中的节点具有动态性，因此网络拓扑结构也是不断变化的，因此其在网络动态性方面表现不佳。
目前，在网络拓扑结构路由算法中，最短路径算法是应用最广泛的算法之一。
最短路径算法根据节点之间的距离来选择最优路径。
典型的最短路径算法有Dijkstra算法和Bellman-Ford算法。
Dijkstra算法是一种贪心算法，它是以一条起点到终点的路径为基础，以当前源点到某个顶点的最短路径和该顶点到其他顶点的距离来确定最短路径的。
该算法的时间复杂度为O(n^2)，其中n为节点数。
Bellman-Ford算法是一种动态规划算法，它通过迭代计算路径长度逐步优化，最终得到最短路径。
该算法的时间复杂度为O(ne)，其中n为节点数，e为边数。
两个算法都具有一定的优缺点，在实际应用中应多根据具体情况选择。
二、能量路由算法能量路由算法是根据传感器节点剩余能量来进行路由选择的算法。
在无线传感器网络中，传感器节点的能量是一个非常关键的问题，因为当传感器节点能源消耗完时，该传感器节点就不能再继续工作。
基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究的开题报告
基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究的开题报告一、研究背景随着科技的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为一种新型的传感器技术，已经被广泛应用于环境监测、农业生产、能源管理、智能家居等领域。
目前，WSN 的应用主要存在以下问题：1. 传感器节点的能耗问题：由于传感器节点的电源/电池容量有限，通信、计算和传感等各种操作都需要消耗能量，因此解决能量问题是WSN设计面临的一个重要问题。
2. 传输距离问题：由于传感器节点需要通过无线信号传输和接收数据，传输距离长短直接影响着传感器节点的性能。
3. 网络拓扑问题：网络拓扑结构是否合理，直接影响着WSN 的扩展性和可靠性。
4. 数据传输安全问题：无线传感网络中的数据通常需要通过无线信道进行传输，容易受到黑客攻击，因此保证传输的安全性是WSN中的重要问题之一。
针对以上问题，本文选定了 ZigBee技术作为WSN的核心技术，通过对ZigBee无线网络的研究和模拟设计，探索WSN在ZigBee技术下的能量控制、传输距离、网络拓扑及数据传输安全等方面的解决办法。
二、研究目标本研究的主要目标是探究ZigBee技术在WSN中的应用，通过理论分析与实验验证，解决WSN中的能量问题、传输距离问题、网络拓扑问题及数据传输安全等问题，为WSN在实际生产和工程应用中提供有力支持。
三、研究内容和方法本项目主要研究内容包括WSN的能量控制、传输距离、网络拓扑结构以及数据传输安全。
针对以上问题，本项目采用以下方法进行探讨：1. ZigBee通信协议的研究与应用，建立符合ZigBee标准的WSN。
2.设计低功耗技术框架，实现对WSN能耗的控制。
在节点通信和数据传输的过程中，通过控制传输功率、数据处理和节点睡眠等技术，实现对数据的有效传输和管理，从而提高系统在使用过程中的能源利用效率。
3.通过协议堆栈的改进和优化来实现更远的传输距离。
ZigBee无线传感器网络路由协议研究与优化的开题报告
ZigBee无线传感器网络路由协议研究与优化的开题报告一、研究背景和意义随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络的应用越来越广泛。
ZigBee协议是无线传感器网络中比较常用的一种协议，其具有低功耗、低成本、小型化等优点，因此受到了广泛应用。
然而，现有的ZigBee路由协议存在一些问题，如网络性能下降、负载不均衡、能量不足等，因此有必要对其进行优化改进。
二、研究目标和内容本文的研究目标是针对ZigBee无线传感器网络路由协议进行优化研究，以提高网络性能，增强网络可靠性。
具体研究内容包括以下几个方面：1. ZigBee协议的原理和特点，分析其在无线传感器网络中的应用。
2. 对现有的ZigBee路由协议进行研究和分析，总结其优缺点，找出存在的问题。
3. 提出一种新的ZigBee路由优化方案，改进网络性能，解决现有问题。
4. 在模拟器中进行仿真实验，对比新优化方案与现有方案的性能差异，验证新方案的有效性。
三、研究方法和步骤本文主要采用文献研究、实验仿真等方法。
具体步骤如下：1. 收集相关文献和资料，对ZigBee协议和相关路由协议进行深入研究和了解。
2. 分析现有的ZigBee路由协议的优缺点，并探索其存在的问题。
3. 提出一种基于路由协议的优化方案，针对现有问题进行改进和优化。
4. 在模拟器中进行仿真实验，测试新方案的性能和效果。
5. 对比仿真实验结果，分析新方案与现有方案的性能差异，并得出结论。
四、预期成果和意义本研究拟优化改进ZigBee无线传感器网络路由协议，以提高网络性能和可靠性。
预计取得以下成果：1. 总结分析现有ZigBee路由协议的优缺点，找出问题，为后续改进提供依据。
2. 提出一种新的路由优化方案，改善网络性能，提高网络可靠性。
3. 在模拟器中进行仿真实验，测试新方案的性能和效果，并与现有方案进行对比分析。
4. 对比实验结果，得出结论，并提出建议，为相关领域的研究提供参考。
五、研究进度安排本研究预计从2021年12月开始，历时6个月完成。
基于无线传感器网络的ZigBee路由协议分析
中图分 类－Ｎ－：ＴＰ２１２．９
文献 标识码 ：Ａ
文章 编号 ：１００７—９４１６（２０１６）０３．００１７—０１
１引言
２．２距 离 矢 量 路 由协 ＩＫ（ＡＯＤＶｊｒ１
２０世 纪 末 提 出 来 的 ＺｉｇＢｅｅ技 术 是 一 种 功 耗 能 、成 本 小 、节 点 多
为 了降低成本 、节能 、使用方便 ，将ＡＯＤＶ简化为ＡＯＤＶｊｒ，使其
ＴＲ和 ＡＯＤＶｊｒ结合 的路 由算 法 应 用在 ＺｉｇＢｅｅ路 由 中 ，在 ＺｉｇＢｅ
路 层 、网络 层 、运 输 层 和 应 用层 。网络 层 最 主要 功 能 就 是 路 由功 能 。 路 由 中分 ＲＮ＋和 ＲＮ一两 类节 点 ，ＲＮ＋执 行ＡＯＤ￣ ｒ算法 ，优 点是 数
而 找到一条从源地址 到 目的地 址的更优化 的路径就是路 由的关键 据传输的路径最优但不足的是节点太 过耗能 ；ＲＮ一执行ＴＲ算法 ，优
来 ，ＴＲ算法 的路 径 不 会是 最 优 ，但 可 以 节省 网络 中路 由的 开 销 和节 耗 、减 少 网 络 冗余 、延 长 网络 生 存 的 关 键所 在 。故 进 一 步 深入 研 究 和
点 的能量 损耗 。Ａ０Ｄｖｊｒ算法 的特 点是有路 由功能的节点都去进行 改 进 ＺＮＢｅ路 由 算 法 对 优 化 网络 性 能 具 有 重 要 研 究意 义 。
ｆｉ 【数 字 技 术
通信 技术
基于无线传感器网络的 ＺｉｇＢｅｅ路 由协议分析
朱 一 兰 李 红信 （兰州 大 学信 息科 学 与 工程 学 院 甘 肃 兰 州 ７３００００）
摘 要：无 线传感 器网络（ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ ＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｗ ＳＮ）是 一种 由散 布在监控 区域 内大量节能且 造价低廉 的小型线传 感器节点组成 的 网络，传感 器
基于ZigBee网络的无线路由算法研究的开题报告
基于ZigBee网络的无线路由算法研究的开题报告一、研究背景及意义随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）成为物联网的基础性网络。
WSN主要由大量的无线传感器节点组成，这些节点具备自组织、分布式、低功耗等特点，可以感知环境变化并将所得数据通过无线方式传输到基站，用于监控、控制和数据采集等领域。
然而，WSN受限于自身资源限制、无线信号弱和时空关系等问题，节点之间的无线通信存在一定的复杂性和不可靠性。
因此，如何设计高效的路由算法，实现节点之间的可靠通信和数据传输，是WSN研究的重点和难点之一。
ZigBee是一种低功耗、广域网（PAN）无线网络协议，具有多跳通信、自组织、低功耗等优点。
采用ZigBee协议的无线传感器网络，可以提高网络的可靠性和节能程度。
因此，本文拟研究基于ZigBee网络的无线路由算法，探索如何优化节点之间的通信，提高网络性能，为WSN的部署和应用提供可行性方案。
二、研究内容和目标本文拟研究基于ZigBee协议的无线路由算法，主要包括以下方面的内容和目标：1.分析ZigBee网络的特点和路由算法的研究现状，探索基于ZigBee 协议的路由算法在WSN中的应用研究意义。
2.研究路由算法在ZigBee网络中的实现原理与方法，重点探讨多跳路由机制的设计和实现。
3.设计并实现基于ZigBee协议的无线路由算法，评估算法的可行性和优化效果。
4.采用仿真实验和实际场景验证实现的路由算法，分析算法的优化性能和适用范围。
通过以上研究内容和目标，本文旨在探索基于ZigBee网络的无线路由算法，提高传感器节点之间的通信效率和可靠性，为WSN的应用和数据采集提供技术支持和理论指导。
同时，本文也未来ZigBee网络和WSN 的未来发展提供更为有力的技术支撑。
三、研究方法和技术路线本文的研究方法主要包括文献研究、理论分析、算法设计、仿真实验验证和实际场景测试等方法。
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基于传感器应用的ZigBee路由算法研究
摘要：依据AODV理论，针对提高路由使用时间的需求和ZigBee的特点，对算法的路由发现过程进行了节能优化。
通过NS-2.29软件进行仿真分析，给出了基于AODVjr节能优化的算法实现和结果分析。
关键词：ZigBee；AODVjr；路由算法改进；传感器；仿真分析
0 引言
ZigBee技术采用了AODVjr（AODV Junior）算法。
AODVjr[2]（Adhoc OnDemand Distance Vector Routing，简称AODV[3]）具有AODV 的主要功能，更灵活、小巧，更适合嵌入式系统。
根据实际应用中路由的需求以及对供电问题的研究，给出一种注重节能、增加路由使用效率的路由算法，以延长生存时间为目标，有着重要的现实意义。
1 AODVjr算法
AODVjr路由算法保留了AODV的基本功能，但是移除了一些特性。
比如，消除了Hello消息且仅允许目的节点回复RREP分组。
AODVjr包括两个阶段——路由发现和数据转发。
路由发现阶段，源要找到目的节点，须广播RREQ（Route Request）分组，若目的节点存在活动条目，会回复源一个RREP（Route Reply）。
目的节点会根据选路原则选择最优的RREQ进行回复。
如图1中，源S节点发送RREQ到目的D节点，D会先响应第一个收到的RREQ分组，并回复RREP分组。
即图中路径S>2>D成
为S到D的最优路由。
假设此时节点2是网络转发的核心节点，它频繁地转发数据包，能量消耗很快，而其它到目的路径上的节点能量均很饱满。
除非节点2死亡，否则S到D的最优路由始终不变。
AODVjr 路由算法这种以最小跳数作为最优路由的度量标准，不可避免地让一些通信任务集中到某些节点上，这些节点从而成为“热点”（如图1的节点2）。
这些“热点”承担了较多的数据转发任务，对于网络稳定性有较大影响，当其能量耗尽时，会导致网络断路，继而引发节点广播RREQ分组，增加了数据传输时延，降低了网络性能。
因此，均衡网络中节点的能量消耗，在路由算法中综合考虑节点和路径的能量状态十分重要。
3 算法优化
首先，对路由发现过程进行操作。
由于开销值综合考虑了传输能量和节点剩余能量，所以优化算法保留了原有控制分组RREQ的大部分字段。
把RREQ分组的跳数字段修改为总传输能量和总电池开销两个字段（如图2），分别对应EP和MP。
EP用来记录路径上传输一个数据包的能量之和，MP用来记录路径上节点电池开销之和。
其次，降低路由修复的开销，采用备份路径的方式。
在目的节点增加RREQ缓存。
缓存机制使目的节点可以对比来自不同邻居节点的RREQ分组。
当收到第1个RREQ分组时，启动RREQ缓存计时器，其后一段时间缓存收到的所有RREQ。
当计时器超时，根据源IP 地址分组，比较组内RREQ携带的度量值，优先选择值最小的，保留次优RREQ分组（如图3-b）。
另外，根据EAAODV（Energyaware AODV）对节点剩余能量的划分，分为三个级别：正常（大于等于20%）、警告（介于10%与20%之间）和危险（小于10%）。
优化算法引入了“警告”能量水平的概念，减少低能量节点被频繁使用的可能。
节点判断自身能量水平不足初始值的20%，不参与选路过程（如图3-a，其中Eini表示节点初始能量）。
4 算法仿真
用NS-2.29软件仿真IEEE 802.15.4 MAC/PHY模型的ZigBee技术组网，无线电传播模型采用Two Ray Ground（两路传播模型）。
在一个500×500的方形仿真区域中，30个节点位置固定不移动。
信源采用的是CBR（恒定比特率），每秒钟产生4个UDP包，每个包长80字节。
在仿真的过程中，10 个信源在不同的时间依次发送数据包。
仿真时间为1 000s，仿真中设置的节点停留时间分别为100s、200s、300s、400s、500s、600s、700s、800s。
选AODVjr作为优化算法的比较对象，采用如下3个性能指标进行评估：发包成功率、端到端平均时延和剩余节点个数。
从图4可知，优化路由算法在发包成功率上略低于AODVjr，但仍维持在95.4%左右。
说明算法的优化方案没有影响成功发包率。
从图5可知，优化路由算法的端到端平均时延略高于AODVjr。
综合考虑节点剩余能量和传输需求能量，使优化算法选择跳数大但能量多的路由，避免能量低的节点过多参与数据转发，而把数据包发送到更远的节点，产生了更多的时延。
5 结语
由于ZigBee技术组网中每个节点电源是有限的，一旦部署到具体使用区域则维护和回收都有可能受到限制。
因此，节能有着重要意义。
对AODVjr算法进行优化，充分考虑节点电池的能量水平，提出优化方案并用仿真加以证明。
从仿真结果可以看出，优化路由算法在不明显增加网络传输时延的情况下，保证了数据包的发送成功率，使网络的能量消耗更加均衡，避免节点过度使用造成的网络分割，延长了网络的生存时间。
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