本文關鍵詞：ZigBee網(wǎng)絡能耗優(yōu)化機制的研究與實現(xiàn)

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【摘要】：ZigBee是以IEEE802.15.4標準為基礎發(fā)展起來的無線通信技術,廣泛應用于軍事、工業(yè)控制、電子消費等設備中。由于受到使用環(huán)境和應用場合的限制,ZigBee網(wǎng)絡的節(jié)點沒有固定設施支持,不能由交流電持續(xù)供電,大多采用容量有限的電池供電。因此,為了延長ZigBee網(wǎng)絡的生存期,對網(wǎng)絡能耗進行優(yōu)化變得非常重要,這對于ZigBee網(wǎng)絡的發(fā)展也有著重要的推動作用。 本文針對ZigBee網(wǎng)絡的能耗優(yōu)化機制進行了研究與驗證,分別從網(wǎng)絡休眠機制、路由機制、協(xié)議棧具體實現(xiàn)三個方面進行了優(yōu)化與改進。具體地工作內容與創(chuàng)新點如下： 1.首先研究了ZigBee網(wǎng)絡的特點,由于ZigBee協(xié)議本身支持一些低功耗的功能,因此著重分析了協(xié)議本身對于低能耗的支持性。然后對ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的各個模塊的能量消耗情況進行了分析,明確了節(jié)點各模塊的能耗,同時對ZigBee網(wǎng)絡現(xiàn)有的節(jié)能機制進行了研究,為下一步的能耗優(yōu)化工作指出了重點。 2.通過分析得出通信階段消耗在ZigBee節(jié)點能耗中占主要部分,為了降低通信消耗,需要盡可能的降低射頻芯片的能量消耗。對ZigBee網(wǎng)絡中射頻芯片的睡眠機制進行了研究,制定了一種主控設備控制的網(wǎng)絡集體休眠和喚醒策略。在不影響ZigBee網(wǎng)絡正常運行的前提下,此策略可以按需動態(tài)的控制射頻芯片以及MCU的開啟和關閉,從而大大降低了網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗,并在實際的ZigBee網(wǎng)絡中進行了驗證。 3.在降低ZigBee網(wǎng)絡單個節(jié)點能耗的基礎上,考慮到網(wǎng)絡中一些骨干節(jié)點由于過度參與數(shù)據(jù)轉發(fā)等,和其他節(jié)點相比能量消耗比較大,從而很快耗盡能量離開網(wǎng)絡,導致網(wǎng)絡分割。因此,從延長網(wǎng)絡的生存期出發(fā),對現(xiàn)有ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議進行了研究,并且制定了一種能量均衡的路由策略。這種策略的目的在于為相互通信的節(jié)點尋找一種新的路由,使源節(jié)點與目的節(jié)點路徑上的各中繼節(jié)點的能量消耗相當,這樣網(wǎng)絡中各子節(jié)點的能量分布相近,從而大大的延長了網(wǎng)絡的生存周期。 4.對于一種商用的ZigBee協(xié)議棧的實現(xiàn)ZigBee PRO Stack,分析了協(xié)議棧的運行過程,包括協(xié)議棧各個類型設備內部的狀態(tài)切換以及為了維持網(wǎng)絡拓撲而進行的信息交互等。在不影響ZigBee協(xié)議規(guī)定的基本功能的基礎上,對協(xié)議里相對冗余的部分進行了優(yōu)化,以及對一些數(shù)據(jù)發(fā)送的策略進行了調整,精簡協(xié)議的實現(xiàn),從而在一定程度上降低了功耗。
【關鍵詞】：ZigBee協(xié)議 能耗優(yōu)化 網(wǎng)絡休眠 能量均衡
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 論文研究背景及意義10-13
• 1.1.1 ZigBee協(xié)議概述m10-12
• 1.1.2 ZigBee網(wǎng)絡能耗優(yōu)化的研究意義12-13
• 1.2 論文主要工作13-16
• 1.2.1 研究內容及目標13-14
• 1.2.2 論文章節(jié)安排14-16
• 第二章 ZigBee網(wǎng)絡的能耗分析16-22
• 2.1 ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的能量消耗分析16-17
• 2.2 目前常用的節(jié)能機制研究與分析17-20
• 2.3 ZigBee網(wǎng)絡能耗優(yōu)化的研究方向20-22
• 第三章 ZigBee網(wǎng)絡休眠策略的研究與實現(xiàn)22-34
• 3.1 關于射頻芯片睡眠機制的研究22-25
• 3.1.1 報文驅動的節(jié)能機制研究22-23
• 3.1.2 時間驅動的節(jié)能機制研究23-25
• 3.2 主控設備控制的網(wǎng)絡休眠策略設計25-26
• 3.2.1 網(wǎng)絡集體休眠和喚醒策略的具體設計25-26
• 3.3 ZigBee節(jié)點網(wǎng)絡休眠策略的實現(xiàn)26-34
• 3.3.1 ZigBee網(wǎng)絡的軟硬件平臺介紹27-31
• 3.3.2 網(wǎng)絡休眠策略的執(zhí)行及能耗優(yōu)化分析31-34
• 第四章 ZigBee能量均衡路由策略的研究34-50
• 4.1 ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議研究與分析34-37
• 4.1.1 ZigBee協(xié)議的地址分配機制34-36
• 4.1.2 ZigBee的路由協(xié)議分析36-37
• 4.2 一種基于能量均衡的路由策略研究37-43
• 4.2.1 能耗降低的路由協(xié)議研究37-38
• 4.2.2 路由代價的分析38-39
• 4.2.3 節(jié)點能量分區(qū)與路由發(fā)現(xiàn)策略39-43
• 4.3 能量均衡的路由策略的仿真分析43-50
• 4.3.1 NS2仿真軟件簡介43
• 4.3.2 仿真結果及性能分析43-50
• 第五章 ZigBee協(xié)議棧的能耗優(yōu)化分析50-58
• 5.1 一種商用ZigBee協(xié)議棧的實現(xiàn)分析50-55
• 5.2 ZigBee PRO Stack協(xié)議棧的優(yōu)化55-58
• 第六章 總結與展望58-60
• 6.1 論文的研究工作總結58-59
• 6.2 下一步的工作59-60
• 參考文獻60-63
• 致謝63

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 黎寧,毛鄭建;Ad Hoc網(wǎng)絡中的節(jié)能機制[J];電訊技術;2004年03期

2 楊喜敏;;傳感器網(wǎng)絡中的能量消耗問題研究[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2006年01期

3 趙志峰,鄭少仁;Ad hoc網(wǎng)絡技術講座 第1講 Ad hoc網(wǎng)絡的體系結構和信道接入?yún)f(xié)議[J];中國數(shù)據(jù)通信;2002年12期

4 周怡，

本文編號：657864