基于分簇机制的ZigBee混合路由能量优化算法

作者:钱志鸿;朱爽;王雪 刊名:计算机学报 上传者:徐鹏

【摘要】针对ZigBee路由协议没有很好结合AODVjr(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing Junior)和Cluster-Tree算法的问题,从网络能量优化的角度出发,文中设计了一种基于分簇机制的ZigBee混合路由算法———CLZBR算法,簇间采用AODVjr算法,簇内采用Cluster-Tree算法,并通过计算目的节点的父节点地址等方法,减少网络中冗余的RREQ(Route Request)分组,降低能量消耗;同时为了避免簇首由于能量过度消耗而成为失效节点,该算法提出备用节点的概念,当簇首能量过低时代替簇首以保证网络的稳定性.仿真结果表明,CLZBR算法相对ZigBee混合路由算法在包投递率、路由开销百分比和网络剩余能量百分比方面都有明显改善.

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1引言随着物联网概念的提出,一直倍受瞩目的ZigBee技术作为其关键技术之一,有着不可限量的发展.ZigBee是一种短距离无线通信技术,它可以很好地解决物联网中最后100m的通信问题,同时由于其自身低速率、低成本、低功耗、低复杂度及高可靠性等特点,在智能家居、智能交通、医疗以及工业自动化等方面都有广泛应用[1].如何优化ZigBee路由、降低能量消耗一直是学者关注的热点,虽然ZigBee技术优势很多,但网络层却长期处于修改和完善中,因此有大量学者对ZigBee路由算法的完善和能量优化展开研究,为物联网的应用与发展奠定了很好的理论基础.Ha和Park等人[2]提出一种ZigBeemesh网络分层路由协议(EHRP),该协议利用了ZigBee地址分层策略,能找到最短的分层路径,从而减少路由的开销.Zhang和Zhou等人[3]提出一种针对路径选择的路由算法,将节点的剩余能量和AODVjr(AdhocOn-DemandDistanceVectorRoutingJunior)路由算法相结合,以便找到能量感知路由和最短路径路由之间的平衡点.刘丹等人[4]提出基于路由节点特性的ZigBee路由算法.Lin和Meng等人[5]提出对路由请求分组的泛洪进行控制,从而减少了RREQ(RouteRequest)分组的泛洪,降低了能量消耗.Lee和Kim等人[6]是将ZigBee网络分成若干个逻辑簇,并使用簇标签来对簇进行标识.Bhatia和Kaushik[7]也将分簇引入ZigBee路由中,但这两种方法每个簇内节点数过少,网络中大多数是RN+节点,没有从根本上解决RREQ分组的泛洪,从而造成了能量的多余消耗.李成法等人[8]认为均匀区划分簇会导致汇聚点附近的节点能量过度消耗而失效,故提出一种非均匀分簇的无线传感器网络路由协议.Shang等人[9]利用实际平台对AODVjr进行了改进,提出将AODV的路由修复RERR加入AODVjr中,通过多路反馈的方式来更好地平衡负载,但同时也增加了控制开销.Ran等人[10]考虑到ZigBee规范中虽然采用AODVjr+Cluster-Tree的混合路由算法,但几乎没有通过平衡二者来提高网络性能的设计方法,并据此提出一种基于数据服务和邻居节点能量平衡的ZigBee网络层路由选择策略.但该方法仅根据数据流的不同,来设置ZigBee协议中路由发现域相关的参数,并没有从路由本身出发来减少能量的损耗.本文在对ZigBee协议规范深入研究后,发现虽然ZigBee网络层采用AODVjr[11]+Cluster-Tree的混合路由算法,但现阶段几乎都是将AODVjr和Cluster-Tree路由算法分开来进行研究,而且现有的研究及规范中并没有提及如何设置相应参数来进行路由策略的选择,缺少能结合二者优点、使二者平衡的设计方法[10];同时现有论文中大多数都提及到查找公共父节点的概念,但几乎没有人给出如何根据节点地址计算出其父节点地址的具体方法.2ZigBee路由机制ZigBee有3种网络拓扑形式,分别为星状网、树状网和网状网.ZigBee网络中节点可以分为3种类型:ZigBee协调器(ZigBeeCoordinator,ZC)、ZigBee路由节点(ZigBeeRouter,ZR)和ZigBee终端节点(ZigBeeEndDevice,ZED),其中,ZC和ZR属于全功能设备(FullFunctionDevice,FFD),可以与FFD和RFD(ReducedFunctionDevice)进行通信,ZED属于简化功能设备(RFD),只能和FFD进

参考文献

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