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基于ZigBee的无线粮情监测系统中路由协议的研究

作　者: 郝晓萌
导　师: 周慧玲
学　校: 北京邮电大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无线粮情监测 ZigBee NS2 路由协议 能量均衡路由
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 359次
引　用: 10次
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内容摘要


课题来源于教育部留学基金资助的项目“基于ZigBee技术的无线粮情监测系统”,针对实验室建立的无线粮情监测实验系统平台,对ZigBee的路由协议进行了分析研究,并从课题的实际要求出发,提出了基于能量均衡的ZigBee路由协议,以期达到延长ZigBee节点在粮情监测环境中网络寿命的目的。本课题主要有以下几部分内容:首先结合国内外ZigBee技术应用的背景,分析了粮情监测系统的一般构成,并通过对传统的粮情监测系统的特点进行分析,阐述了目前存在的粮情监测系统的局限性,指出了基于ZigBee无线粮情监测系统的优越性。其次,在研究和分析ZigBee协议规范的基础上,对ZigBee网络层进行了研究,包括拓扑结构、组网技术、网络层地址分配机制,并对ZigBee路由协议的基本思想、工作过程作了详细的介绍,深入分析了ZigBee路由协议的性能。在此基础上,在NS-2仿真平台中,基于IEEE 802.15.4 MAC层和物理层模块,完成了ZigBee网络层源代码的开发及调试工作,实现了ZigBee网络层组网、地址分配及Z-AODV路由协议等基本功能,并通过仿真对ZigBee路由协议的性能进行了详细、深入的分析研究。仿真结果表明:ZigBee路由协议Z-AODV与传统的AODV路由算法相比,具有较高的分组递交率、较低的平均端到端时延和较高的能量剩余,达到了ZigBee网络的要求。最后,从粮情监测系统的实际出发,论文给出了一种基于ZigBee能量均衡的ZigBee路由协议方案——EZ-AODV,对其算法进行了详细说明和代码的编写,并在NS2上进行修改、调试。最后进行了NS2仿真,与Z-AODV进行验证比较能量均衡的效果,仿真结果表明:EZ-AODV算法能够较好的起到能量均衡的效果,延长了网络生存时间。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外无线传感器应用现状与发展  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12
  1.3 无线粮情监测系统中路由协议的特点与考虑因素  12-13
  1.4 课题的研究内容和论文结构安排  13-15
    1.4.1 研究内容与研究思路  13
    1.4.2 论文的结构安排  13-15
第二章 ZigBee协议规范研究及分析  15-20
  2.1 ZigBee协议概况  15-18
    2.1.1 ZigBee发展概述  15-16
    2.1.2 ZigBee协议栈  16-18
  2.2 ZigBee特点与应用  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第三章 ZigBee路由协议的研究与分析  20-38
  3.1 ZigBee网络层  20-21
  3.2 ZigBee网络拓扑  21-22
    3.2.1 星型网络拓扑结构  21
    3.2.2 Mesh网络拓扑结构  21-22
    3.2.3 树状网络拓扑结构  22
  3.3 ZigBee组网技术及网络地址分配机制  22-24
    3.3.1 ZigBee组网  22-23
    3.3.2 网络地址分配机制  23-24
  3.4 ZigBee路由协议描述  24-27
    3.4.1 Cluster-Tree算法  25
    3.4.2 Z-AODV算法  25-27
    3.4.3 ZigBee路由  27
  3.5 Z-AODV路由过程  27-30
    3.5.1 Z-AODV路由建立过程  28-30
    3.5.2 Z-AODV路由维护过程  30
  3.6 软件仿真平台简介  30-33
    3.6.1 NS2的仿真原理  31-32
    3.6.2 NS2的仿真方法  32
    3.6.3 NS2的仿真功能  32-33
    3.6.4 NS2的仿真工具  33
  3.7 星型网络拓扑的NS2仿真  33-37
    3.7.1 仿真场景的建立  33-34
    3.7.2 性能参数定义  34-35
    3.7.3 仿真结果与性能比较  35-37
  3.8 本章小结  37-38
第四章 基于NS2的ZigBee路由协议的仿真与分析  38-47
  4.1 NS2中路由协议简介  38
  4.2 基于NS2的AODV路由协议源代码分析  38-42
    4.2.1 基于AODV的Z-AODV路由协议的源代码修改  38-42
  4.3 基于NS2的Z-AODV路由协议的仿真与分析  42-45
    4.3.1 仿真场景的建立  42-43
    4.3.2 仿真结果比较与分析  43-45
  4.4 本章小结  45-47
第五章 基于能量均衡的ZigBee路由协议的研究  47-63
  5.1 能量有效路由概述  47-51
    5.1.1 能量有效路由协议分类  48
    5.1.2 最小传输功率路由  48-49
    5.1.3 能量均衡消耗路由策略  49-51
  5.2 基于能量均衡的Z-AODV路由协EZ-AODV的改进  51-56
    5.2.1 EZ-AODV路由策略  52
    5.2.2 EZ-AODV算法描述与分析  52-56
  5.3 基于NS2的EZ-AODV仿真  56-62
    5.3.1 仿真场景的建立  56-57
    5.3.2 仿真结果比较与分析  57-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章 总结和展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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