一種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化的制作方法
【專利摘要】一種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化，包括以下步驟：(1).產生數(shù)據(jù)幀：在源節(jié)點每次發(fā)送副本時調用一個自動產生序列號的函數(shù)，并得到一個序列號，用來標記每次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀；(2).判斷數(shù)據(jù)幀：當下一個相鄰節(jié)點收到該數(shù)據(jù)幀，首先提取數(shù)據(jù)幀中的序列號、目的地址、幀類型等，將緩沖區(qū)中之前收到的數(shù)據(jù)包副本進行比對，如果相同，就不做任何操作；如果不相同，就會接收這個數(shù)據(jù)副本；(3).通過幀中的目的地址查看終點地址是否指向當前地址；本發(fā)明的優(yōu)點是設計了一種ZigBee無線網絡的路由算法，有效地避免信息內爆和降低整個網絡能耗。所述算法經應用測試分析，效率提高到96.3％，應用前景十分廣闊。
【專利說明】-種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于ZigBee無線網的路由算法研究具體涉及一種對Flooding洪泛算 法進行改進與優(yōu)化。

【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡是傳感器技術、無線通信技術、計算機技術、嵌入式計算技術相結 合的產物。無線傳感器網絡由大量密集的微型智能傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形 成一個多跳的自組織網絡系統(tǒng)，能協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信 息，并傳送給觀察者。
[0003] 路由協(xié)議是無線傳感器網絡研究的關鍵技術之一，主要負責路由選擇和數(shù)據(jù)轉 發(fā)，其中路由選擇是指尋找一條符合一定條件的路徑作為從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸路 徑，數(shù)據(jù)轉發(fā)是指將數(shù)據(jù)分組沿著選擇的傳輸路徑進行轉發(fā)。Flooding路由協(xié)議是傳統(tǒng)有 線網絡中最為經典和簡單的路由協(xié)議，它是基于洪泛機制的路由協(xié)議，F(xiàn)looding路由協(xié)議 不要求維護網絡的拓撲結構和相關路由計算，僅要求無線網絡節(jié)點在接收到信息后以廣播 的方式向鄰居節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)包，鄰居節(jié)點重復執(zhí)行上述過程（轉發(fā)時除去剛剛發(fā)送給它們 的節(jié)點），直到數(shù)據(jù)包到達目的地或者該數(shù)據(jù)包的生命周期結束。
[0004] ZigBee是一種短距離、低功耗、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，低復雜度的無線網絡 技術。所以，ZigBee技術在一定程度上滿足短距離通信中靈活組網的要求。ZigBee技術特 點使其在家庭和建筑物的自動化控制、消費性電子設備、工業(yè)控制、醫(yī)療設備控制、農業(yè)方 面、軍事方面等方面應用顯示出極大的優(yōu)勢。
[0005] ZigBee網絡主要支持AODVjr算法和Cluster-Tree路由算法。其中AODVjr是一 種按需分配的路由協(xié)議，只有在路由節(jié)點接收到網絡數(shù)據(jù)包，并且網絡數(shù)據(jù)包的目的地址 不在節(jié)點的路由表中時才會進行路由發(fā)現(xiàn)過程。Cluster-Tree路由算法中每一個節(jié)點都會 試圖將收到的信息包轉發(fā)給自己的后代節(jié)點，如果通過計算發(fā)現(xiàn)目的地址不是自己的一個 后代節(jié)點，則將這個數(shù)據(jù)包轉發(fā)給自身上一級的父節(jié)點，由父節(jié)點進行類似的判斷處理，直 到找到目的節(jié)點。
[0006] Cluster-Tree路由算法的特點在于使不具路由功能的節(jié)點通過與各自的父節(jié)點 間的通信仍然可以發(fā)送數(shù)據(jù)分組和控制分組，但是它的缺點是效率不高。因此，如果能根據(jù) 路由算法的特點對洪泛分組的轉發(fā)實施條件過濾，從而減少網絡信道的沖突和分組盲目的 轉發(fā)，是提高網路性能和降低網絡整體能耗的途徑之一。
[0007] 傳統(tǒng)的Flooding洪泛路由的優(yōu)點是：①實現(xiàn)簡單；②無需維護網絡拓撲結構和實 現(xiàn)復雜路由算法消耗資源；③適用于健壯性要求高的場合。但Flooding洪泛路由也有諸多 不足之處：①在信息爆炸問題，即出現(xiàn)一個節(jié)點可能得到一個數(shù)據(jù)多個副本的現(xiàn)象；②出 現(xiàn)部分重疊現(xiàn)象，如果處于同一觀測環(huán)境的兩個相鄰同類傳感器節(jié)點同時對一個事件做出 反應，二者采集的數(shù)據(jù)性質相同，數(shù)值相近，這兩個節(jié)點的鄰居節(jié)點將收到雙份數(shù)據(jù)副本； ③盲目使用資源，只要節(jié)點收到數(shù)據(jù)，如果不是目的節(jié)點即進行轉發(fā)處理，而沒有考慮各節(jié) 點能量，即使節(jié)點的剩余能量很低也要進行轉發(fā)，這樣導致部分節(jié)點過快的死亡，降低了網 絡的平均性能。
[0008] 針對上述Flooding洪泛算法的問題，有學者對傳統(tǒng)的洪泛Flooding路由協(xié)議提 出了一些改進思想：如①提出了基于分級的思想，即將一些控制信息封裝在數(shù)據(jù)包中，當一 個節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后，讀取封裝信息，從而判斷此數(shù)據(jù)包是否屬于冗佘信息，如果不是則按 照定義好的轉發(fā)規(guī)則進行轉發(fā)，否則直接丟棄。②提出一種節(jié)能路由協(xié)議，在協(xié)議中節(jié)點 依據(jù)剩余能量決定是否接收和轉發(fā)數(shù)據(jù)幀，節(jié)點維護由剩余能量、距離網絡中聚合節(jié)點的 跳數(shù)等信息組成的路由表，結合路由表動態(tài)確定向哪些鄰居節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)幀，算法在節(jié)點 能耗和網絡負載均衡方面有良好表現(xiàn)。
[0009] 雖然上述的這些改進的路由算法部分解決了無線傳感器網絡中的問題，但是在無 線傳感器網絡中采用的平面路由協(xié)議中，所有的傳感器節(jié)點的地位都是平等的，實現(xiàn)的路 由功能基本相同。而采用ZigBee技術的傳感器網絡不同于前面提到的傳統(tǒng)的無線傳感器 網絡，除了協(xié)調器節(jié)點具有與無線傳感器網絡中的匯聚節(jié)點相似的功能和地位外，其余節(jié) 點功能并不相同。ZigBee網絡主要支持Cluster-Tree和AODVjr路由算法，傳統(tǒng)無線傳感 器網絡中廣泛使用的Flooding路由協(xié)議并不能直接移用到ZigBee網絡中。


【發(fā)明內容】

[0010] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種改進的Flooding路由協(xié)議，能有效避免其缺 點且適用于ZigBee無線網絡。改進的算法結合ZigBee無線網絡技術特點，適當?shù)叵拗坡酚?發(fā)現(xiàn)過程中的分組洪泛，通過一過濾機制限制原有協(xié)議中多余的數(shù)據(jù)包的轉發(fā)并對節(jié)點的 剩余能量值加以考慮算法除了保留Flooding協(xié)議本身的健壯性、無需路由維護等優(yōu)點外， 采用的技術方案如下：
[0011] 一種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化，包括以下步驟：
[0012] (1).產生數(shù)據(jù)幀：在源節(jié)點每次發(fā)送副本p時調用一個自動產生序列號的函數(shù) Count，并得到一個2個節(jié)點的序列號N，用來標記每次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。
[0013] (2).判斷數(shù)據(jù)幀：當下一個相鄰節(jié)點收到該數(shù)據(jù)幀p時，首先提取數(shù)據(jù)幀p中的 序列號、目的地址、幀類型等，將緩沖區(qū)中之前收到的數(shù)據(jù)包副本序列號、目的地址、節(jié)點類 型進行比對，如果相同，就不做任何操作；如果不相同，就會接收這個數(shù)據(jù)副本；
[0014] (3).通過幀中的目的地址查看終點地址是否指向當前地址：此時，路由節(jié)點通過 幀中的目的地址查看終點地址是否指向當前地址，如果接收的目的地址和路由節(jié)點地址不 吻合，接收數(shù)據(jù)幀，并將剛才接收到的數(shù)據(jù)幀廣播并記錄下這個的數(shù)據(jù)幀；若是目的地址和 路由節(jié)點地址吻合，需要執(zhí)行的命令則立即執(zhí)行，無需再進行數(shù)據(jù)幀的廣播。
[0015] 所述步驟（1)中源節(jié)點源節(jié)點每發(fā)一個副本，目的節(jié)點理論上應該收到副本數(shù) 為：
[0016]

【權利要求】
1. 一種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化，其特征在于，包括以下步驟： (1) .產生數(shù)據(jù)幀：在源節(jié)點每次發(fā)送副本時調用一個自動產生序列號的函數(shù)，并得到 一個2個節(jié)點的序列號，用來標記每次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀； (2) .判斷數(shù)據(jù)幀：當下一個相鄰節(jié)點收到該數(shù)據(jù)幀p時，首先提取數(shù)據(jù)幀中的序列號、 目的地址、幀類型等，將緩沖區(qū)中之前收到的數(shù)據(jù)包副本序列號、目的地址、節(jié)點類型進行 比對，如果相同，就不做任何操作；如果不相同，就會接收這個數(shù)據(jù)副本； (3) .通過幀中的目的地址查看終點地址是否指向當前地址：此時，路由節(jié)點通過幀中 的目的地址查看終點地址是否指向當前地址，如果接收的目的地址和路由節(jié)點地址不吻 合，接收數(shù)據(jù)巾貞,并將剛才接收到的數(shù)據(jù)幀廣播并記錄下這個的數(shù)據(jù)幀；若是目的地址和路 由節(jié)點地址吻合，需要執(zhí)行的命令則立即執(zhí)行,無需再進行數(shù)據(jù)幀的廣播。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化，其特征在 于：所述步驟（1)中源節(jié)點源節(jié)點每發(fā)一個副本，目的節(jié)點理論上應該收到副本數(shù)為：
m表示源節(jié)點相鄰節(jié)點的個數(shù)，η表示源節(jié)點間隔節(jié)點的個數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于基于ZigBee無線網洪泛路由算法改進優(yōu)化，其特征 在于：從源節(jié)點傳送一副本P，經過改進以后的洪泛模型，目的節(jié)點收到副本P，其洪泛效率 提高了 " = ^ = ^^96.3%。 c 81
【文檔編號】H04W40/02GK104301963SQ201410415558
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月17日 優(yōu)先權日:2014年8月17日
【發(fā)明者】王志超, 張乾燕, 沈微微, 顧江水 申請人:宿遷學院