穆春光 關(guān)維國(guó)

摘要：為有效合理的利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，該文對(duì)已有的基于能量均衡的ZigBee路由算法優(yōu)化進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置關(guān)系對(duì)RN+節(jié)點(diǎn)適當(dāng)控制RREQ轉(zhuǎn)發(fā)的大致方向，限制其向與目的節(jié)點(diǎn)相反的方向傳輸，并實(shí)時(shí)的更新節(jié)點(diǎn)的能量等級(jí)。經(jīng)仿真與原ZigBee路由算法和現(xiàn)有能量均衡ZigBee路由算法比較，結(jié)果表明本算法優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)總體能耗和死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間和數(shù)目。

關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；能量均衡；NS2

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)24-5864-03

One kind of Improment ZigBee Network Routing Algorithm

MU Chun-guang，GUAN Wei-guo

(Electron & Information Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001,China)

Abstract: In order to make use of ZigBee network energy and extend the network lifetime.This articles purpose is to improve the algo? rithm based on ZigBee for energy balance routing algorithm.Because the location realationship between nodes, the node RN+ can control the forwarding for RREQ.Provent RN+ node tranfer RREQ to the opposite direction of destination node and update nodes energy levels in time. Simulation results shows that this algorithm optimizes the overrall energy consumption and network nodes the time and the num? ber compared to ZigBee routing and ZigBee for energy balance routing .

Key words: ZigBee;wireless sensor network;energy balance; NS2

1概述

近年來(lái)對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在不同場(chǎng)合的應(yīng)用，針對(duì)能量的有效利用出現(xiàn)了許多改進(jìn)的路由算法。ZigBee技術(shù)因其低成本、低功耗、低復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn)成為了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的代表技術(shù)。隨著ZigBee技術(shù)的發(fā)展，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家居智能化、消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備等需要低功耗、低成本、對(duì)數(shù)據(jù)速率要求不高的無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)合[1-2]。

在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中，應(yīng)用合適路由協(xié)議來(lái)均衡能量利用延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間非常有必要。該文通過(guò)對(duì)ZigBee路由深入分析研究，結(jié)合已有的ZigBee能量均衡路由算法提出一種改進(jìn)的ZigBee路由，并通過(guò)仿真對(duì)實(shí)際的效果進(jìn)行了分析比較。

2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)

一個(gè)完整的ZigBee網(wǎng)絡(luò)一般有三種類型的節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（ZC）、路由節(jié)點(diǎn)（ZR）、終端節(jié)點(diǎn)（ZED）[4]。其中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主控者是ZC，它相比與其它節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)的組建和相關(guān)參數(shù)設(shè)定都由它發(fā)起，而且每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中按通訊能力的不同將無(wú)線設(shè)備分為全功能設(shè)備（FFD）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD),FFD既能跟FFD通信又能和RFD通信,而RFD只能跟FFD通信。而ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)必須是FFD,終端節(jié)點(diǎn)既可以是FFD,又可以是RFD[5]。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種星形拓?fù)洹?shù)形拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)鋄3]。星形拓?fù)洌航Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但靈活性差，覆蓋范圍小且網(wǎng)絡(luò)易阻塞。樹(shù)形拓?fù)?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，覆蓋范圍大，但只有一條傳輸路徑，網(wǎng)絡(luò)可靠性差。網(wǎng)狀拓?fù)洌航Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但靈活性好，覆蓋范圍大，網(wǎng)絡(luò)可靠性差。

3 ZigBee路由及改進(jìn)

3.1 ZigBee路由

為符合多數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用，ZigBee路由協(xié)議采用了簇樹(shù)路由（Cluster-Tree）與簡(jiǎn)化的按需距離矢量路由(AODVjr)相結(jié)合的路由算法[6]。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以按照父子關(guān)系使用Cluster-Tree算法選擇路徑，即當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到分組后發(fā)現(xiàn)該分組不是給自己的，則只能轉(zhuǎn)發(fā)給它的父節(jié)點(diǎn)或者子節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然這并不一定是最優(yōu)的路徑，因此為提高路由效率，ZigBee讓網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的節(jié)點(diǎn)用AODVjr去發(fā)現(xiàn)最優(yōu)路由，而不具有路由功能的節(jié)點(diǎn)仍使用Clueter-Tree路由發(fā)送數(shù)據(jù)分組和控制分組。

3.2問(wèn)題的提出

ZigBee路由協(xié)議為提高路由效率采用較少的路由跳數(shù)和較短的端到端時(shí)延進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是這種路由路徑發(fā)現(xiàn)后就會(huì)被頻

ZigBee技術(shù)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的代表技術(shù)，已經(jīng)得到了多個(gè)領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，該文針對(duì)一種已經(jīng)改進(jìn)的ZigBee路由算法的不足，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了的改進(jìn)，在原有算法的基礎(chǔ)上判斷RN+節(jié)點(diǎn)RREQ目的節(jié)點(diǎn)的大致方向，避免了不必要的能量浪費(fèi)，達(dá)到了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。