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ZigBee网络研究及其在智能家居系统中的应用

作　者: 曾洁琼
导　师: 叶峰
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 智能家居系统 ZigBee NS-2 AODV Cluster-Tree
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 2次
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内容摘要

在众多的无线网络技术中,ZigBee因其低功耗、低数据传输速率、低成本等突出优势,广泛适用于工业和家庭自动化领域。相关网络协议的研究工作对于具体应用具有重要的意义及指导价值。网络仿真技术可为ZigBee网络研究提供方便、高效的验证和分析方法,网络仿真软件NS-2是目前该领域研究实践的主流工具之一。NS-2平台包含了IEEE802.15.4协议的模块,但缺乏对ZigBee网络层协议的支持,而ZigBee网络层中的路由协议是ZigBee技术中的最核心部分。本文详细地分析了ZigBee网络中的路由技术,结合NS-2平台中现有的路由协议源代码,给出了ZigBee路由算法的一个完整实现,并利用仿真软件验证了协议实现的有效性;然后在设定的仿真环境下,重点研究了联机数、业务类型、节点密度等环境参数对ZigBee网络性能的影响。鉴于ZigBee规范中缺乏对节点能耗因素的考虑,本文还提出了一种改进的基于树型结构的能量均衡路由算法,仿真实验结果表明考虑了能耗因素的路由算法能有效均衡节点的能量消耗并减少节点死亡。根据ZigBee技术和智能家居系统的特点,本文以两种典型的拓扑结构为基础,结合具体应用场景对ZigBee网络的性能表现进行仿真分析,重点研究了ZigBee网络在不同网络规模、不同联机数、不同有效通信距离以及不同参数值等情况下网络的运行规律。在星型网络中的仿真研究表明:当网络规模超过63个节点,网络性能就会明显恶化,且在同一个时间段之内与协调器通信的节点数最好不要超过23个。在网状型网络中的研究得出以下结论:1.当信号的有效覆盖范围为节点间平均距离的2倍左右时,网络将获得最佳性能;2.当节点密度较大的时候,网络中数据包的投递率会有所升高,但不同节点密度下网络的最大联机数最好不要超过6条;3.如果表示活动路由生存时间的参数ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT的值大于发送数据包的平均时间间隔,网络将会获得一个较好的性能。研究结果对于ZigBee技术的智能家居系统应用具有较好的理论价值和实用意义。

ZigBee网络研究及其在智能家居系统中的应用

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