ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法的分析與優(yōu)化*

雷　斌　穆春喜

(西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院　西安　710021)

?

ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法的分析與優(yōu)化*

雷斌穆春喜

(西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院西安710021)

摘要論文結(jié)合某研究所高海拔地區(qū)凍土地溫采集項(xiàng)目,通過(guò)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法的分析,針對(duì)其網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)的路由算法耗能較高,個(gè)別節(jié)點(diǎn)由于負(fù)載較大而導(dǎo)致能量過(guò)早消耗殆盡的問(wèn)題,提出了一種改進(jìn)的適用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法。改進(jìn)的算法結(jié)合了樹路由和AODVjr路由協(xié)議,對(duì)RREQ的傳輸范圍和大致方向進(jìn)行控制,同時(shí)利用鄰居表進(jìn)行路由查找,避開剩余能量不足節(jié)點(diǎn)。最后通過(guò)仿真工具分析比較優(yōu)化前后的路由算法,結(jié)果表明,改進(jìn)后的算法有效地降低了網(wǎng)絡(luò)的整體能耗,提高了節(jié)點(diǎn)的生命周期和收發(fā)數(shù)據(jù)的可靠性。

關(guān)鍵詞ZigBee網(wǎng)絡(luò); 路由算法; 優(yōu)化; 仿真

Analysis and Optimization of Routing Algorithm for Zigbee Network

LEI BinMU Chunxi

(College of Electronic and Information Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an710021)

AbstractConsidering the high cost of the traditional routing algorithm and a problem of individual nodes have a high pay-load in ZigBee network, an improved routing algorithm is proposed which applied to the ZigBee network. The improved algorithm combines the cluster-tree and AODVjr two kind of routing protocols, which control the broadcast scope and direction of the rout request(RREQ) packet, at the same time, the neighbor tables are used to loopup route and let routers possessed a dormant method, finally, the low residual energy nodes are avoided. Using simulation tool simulate the improvement routing algorithm, the routing algorithm is compared with the original routing algorithm, the results show that the improved algorithm effectively reduces the overall energy consumption of network, prolong the nodes lifetime and improved the reliability of send-receive data.

Key WordsZigBee network, routing algorithm, optimization, simulation

Class NumberTP393.1

1引言

ZigBee是一種短距離、低功耗、低速率、低成本的無(wú)線通信技術(shù),底層采用的是IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的物理層與MAC層,ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層,這四個(gè)層就組成了ZigBee協(xié)議。其主要應(yīng)用于自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入到各種設(shè)備中。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)節(jié)點(diǎn)的職能不同,可以將節(jié)點(diǎn)劃分為Coordinator(協(xié)調(diào)器),Router(路由器)和End-Device(終端設(shè)備)三種類型。ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)路由器以及多個(gè)終端設(shè)備組成的,其中協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò),路由器負(fù)責(zé)路由與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),終端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)。終端設(shè)備不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),它可以休眠和喚醒,因此可以是一個(gè)電池供電設(shè)備。ZigBee規(guī)范路由設(shè)備不支持休眠機(jī)制,一直處于活動(dòng)的狀態(tài)。在ZigBee中節(jié)點(diǎn)一般是采用電池供電,節(jié)點(diǎn)能量是有限的。因此實(shí)現(xiàn)路由節(jié)點(diǎn)的節(jié)能是ZigBee實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的一個(gè)問(wèn)題[1]。

2ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址分配機(jī)制

ZigBee設(shè)備有兩種類型的地址,一種是通常由制造商設(shè)置的全球唯一的64位物理地址,即MAC地址,另一種是在組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)由父節(jié)點(diǎn)分配的16位網(wǎng)絡(luò)地址,網(wǎng)絡(luò)地址的分配機(jī)制如下。

假設(shè)一個(gè)父節(jié)點(diǎn)最多可以容納Cm個(gè)子設(shè)備,其中所能容納的路由設(shè)備數(shù)最多為Rm個(gè),網(wǎng)絡(luò)的最大深度為L(zhǎng)m,則對(duì)于深度為d的父節(jié)點(diǎn)為其子節(jié)點(diǎn)分配的地址空間偏移量Cskip(d)可以通過(guò)式(1)得到。

(1)

子節(jié)點(diǎn)的類型不同為子節(jié)點(diǎn)分配地址的計(jì)算方式也不同。若子節(jié)點(diǎn)為第n個(gè)加入的路由器節(jié)點(diǎn),則父節(jié)點(diǎn)為其分配的網(wǎng)絡(luò)地址Ac可以通過(guò)式(2)得到,Ap為其父節(jié)點(diǎn)的短地址。

Ac=Ap+1+Cskip(d)(n-1)

(2)

若子節(jié)點(diǎn)為第n個(gè)加入的終端節(jié)點(diǎn),則父節(jié)點(diǎn)為其分配的網(wǎng)絡(luò)地址Ac可以通過(guò)式(3)得到。

Ac=Ap+Cskip(d)Rm+n, 1≤n≤Cm-Rmm

(3)

3ZigBee路由算法分析

ZigBee協(xié)議常用的路由算法有以下幾種:Cluster-Tree(樹簇路由協(xié)議)、AODVjr(按需路由協(xié)議)以及兩種算法的結(jié)合使用[2]。

3.1樹路由算法

樹路由是按照樹結(jié)構(gòu)尋找路徑的。在樹簇拓?fù)渲?具有轉(zhuǎn)發(fā)功能的路由節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)父節(jié)點(diǎn),終端節(jié)點(diǎn)只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn)。若某一終端節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)到其它節(jié)點(diǎn),直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給其父親節(jié)點(diǎn),父節(jié)點(diǎn)通過(guò)判別式(4)來(lái)確認(rèn)目的地址是否是其子節(jié)點(diǎn)。其中Ap為父節(jié)點(diǎn)的短地址,d為其深度,D為目的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址。

Ap

(4)

若目的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址滿足式(4)則目的地址在父節(jié)點(diǎn)的地址空間內(nèi),即目的節(jié)點(diǎn)是其后代節(jié)點(diǎn),下一跳如何尋址在此分為兩種情況:

1) 若目的節(jié)點(diǎn)是自己的子終端節(jié)點(diǎn),則直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給子節(jié)點(diǎn),收到數(shù)據(jù)的子節(jié)點(diǎn)先判斷目的地址是不是自己,不是則丟棄,如果是自己將收到的數(shù)據(jù)交由應(yīng)用層進(jìn)行處理。

2) 若目的節(jié)點(diǎn)不是自己的子節(jié)點(diǎn),那么下一跳的地址根據(jù)式(5)計(jì)算得出:

(5)

若D不滿足式(4),則將數(shù)據(jù)包向上轉(zhuǎn)發(fā)給其父節(jié)點(diǎn),若目的地址是其父節(jié)點(diǎn)則處理數(shù)據(jù),否則的話收到數(shù)據(jù)的父路由按照如上同樣的方式尋址,直到找到目的地址。

整個(gè)尋址過(guò)程如圖1所示。

圖1　樹簇路由流程

樹簇路由是靜態(tài)路由,不需要存儲(chǔ)路由表,減少了維護(hù)路由的成本,節(jié)省地址空間,但也存在如下的局限性:

1) 樹路由是依據(jù)樹狀父子結(jié)構(gòu)尋址的,這就增加了路徑的跳數(shù),數(shù)據(jù)延時(shí)較大。

2) 樹底層的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的跳數(shù)更多,壓力較大。

3) 若某一路由節(jié)點(diǎn)死亡,那么它的后代節(jié)點(diǎn)將無(wú)法正常地發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.2Mesh路由算法

ZigBee的Mesh網(wǎng)絡(luò)中中一般采用AODVjr(一種按需路由算法)路由算法或者Cluster-Tree+AODVjr來(lái)維護(hù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的,AODVjr是AODV(Ad hoc on-demand distance vector routing)路由算法的簡(jiǎn)化版。

3.2.1AODV路由協(xié)議

AODV路由協(xié)議本質(zhì)上是DSR(Dynamic Source Routing)和DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector Routing)兩種路由思想基礎(chǔ)上的改進(jìn)。

DSR是一種按需路由協(xié)議,即節(jié)點(diǎn)僅在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn),然后按照數(shù)據(jù)分組頭部攜帶的路由信息轉(zhuǎn)發(fā)分組,并采用了源路由的路由機(jī)制。

DSDV協(xié)議是在Bellman-Ford算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合RIP(Routing Information Protocol)完成設(shè)計(jì)的。但是并沒(méi)有說(shuō)明具體的算法,但對(duì)其他的路由協(xié)議的產(chǎn)生也有一定的影響。AODV協(xié)議就借鑒了DSDV序列號(hào)的思想。

AODV使用了RREQ(RouteRequest)、RREP(RouteReply)、RRER(RouteError)三種消息作為控制分組。

當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)需要轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)就會(huì)向所有的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)RREQ,該分組中包含源地址和目的節(jié)點(diǎn)地址等信息。鄰居節(jié)點(diǎn)收到RREQ分組后,如果自己的路由表中保存著源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的信息,就丟棄該分組,否則的話在路由發(fā)現(xiàn)表中創(chuàng)建表項(xiàng)記錄RREQ中的信息。

3.2.2AODVjr路由協(xié)議

AODVjr是簡(jiǎn)化了的AODV的一種協(xié)議,它是按時(shí)間最短原則來(lái)尋找最優(yōu)路徑的。路由節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),先查看路由表是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑,有則直接發(fā)送過(guò)去,若無(wú)則使用RREQ包去查找路由,若源節(jié)點(diǎn)可以收到目的節(jié)點(diǎn)的RREP,則存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑,數(shù)據(jù)包可以按此路徑傳輸數(shù)據(jù)包。在AODVjr協(xié)議中,AODVjr優(yōu)化掉了AODV協(xié)議的目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào),只有目的節(jié)點(diǎn)對(duì)最早到來(lái)的RREQ進(jìn)行RREP,之后到來(lái)的RREQ不予回復(fù),中間的節(jié)點(diǎn)也不對(duì)RREQ進(jìn)行回復(fù)。同時(shí),AODVjr取消了節(jié)點(diǎn)的先驅(qū)列表,簡(jiǎn)化了路由表,降低了復(fù)雜度。并且AODVjr路由算法通過(guò)目的節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)周期性的發(fā)送KEEP-ALIVE來(lái)維護(hù)路徑,取代了AODV算法中的HELLO消息機(jī)制[4]。如圖2所示是廣播RREQ和RREP回復(fù)的過(guò)程。

圖2　廣播RREQ和RREP回復(fù)過(guò)程

AODVjr是按照最短路徑來(lái)查找路由的,并且在AODV的基礎(chǔ)上做出了很大的優(yōu)化,算得上是一種比較好的路由策略,但仍舊存在著一些問(wèn)題。比如:當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)是源節(jié)點(diǎn)的后代節(jié)點(diǎn)時(shí),那么源節(jié)點(diǎn)向它的非后代節(jié)點(diǎn)洪泛的RREQ便是多余的;同理若目的節(jié)點(diǎn)是它的非后裔節(jié)點(diǎn)時(shí),那么它向后裔節(jié)點(diǎn)洪泛的RREQ便是多余的分組,降低了尋址的效率,消耗了節(jié)點(diǎn)的能量。

3.2.3路由控制分組

1) RREQ控制分組

路由請(qǐng)求命令幀的結(jié)構(gòu)如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)層荷載中命令幀標(biāo)識(shí)符為0x01,標(biāo)識(shí)這是一個(gè)路由請(qǐng)求,目的地址為網(wǎng)絡(luò)短地址,命令選擇域的0~6位保留,第7位表示路由維護(hù),第7為若為1表示需要進(jìn)行路由維護(hù),為0則表示不需要路由維護(hù)。路由請(qǐng)求ID為源設(shè)備產(chǎn)生的序列號(hào)。路由開銷表示路由請(qǐng)求的鏈路中累積的成本,用一個(gè)字節(jié)表示。

命令幀標(biāo)識(shí)符命令選擇路由請(qǐng)求ID目的地址路由開銷字節(jié):11121網(wǎng)絡(luò)層載荷

圖3RREQ控制分組

2) RREP控制分組

當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的RREQ時(shí),會(huì)沿著此鏈路反向回復(fù)一條RREP分組給源地址。RREP控制分組如圖4所示。RREP控制分組的命令幀標(biāo)識(shí)符為0x02。

命令幀標(biāo)識(shí)符命令選擇路由請(qǐng)求ID源地址目的地址路由開銷字節(jié):111221網(wǎng)絡(luò)層載荷

圖4RREP控制分組

3) RRER控制分組

當(dāng)維護(hù)路由失敗時(shí),源節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送RRER控制分組給鄰居節(jié)點(diǎn),通知失效的節(jié)點(diǎn)。路由錯(cuò)誤命令幀的結(jié)構(gòu)如表1所示。RRER的命令幀標(biāo)識(shí)符為0x30。錯(cuò)誤代碼有以下幾種:無(wú)效路由0x00;樹狀鏈路失敗0x01;非樹狀鏈路失敗0x02;低電池電壓0x03;無(wú)路由能力0x04;0x05-0xFF保留[5]。

表1　RRER控制分組

4路由優(yōu)化策略

通過(guò)上面的分析比較可知,以上兩種路由方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn),針對(duì)其缺點(diǎn)本文采用了以下改進(jìn)的方案。

4.1限制最大跳數(shù)

從樹形拓?fù)淇梢钥闯?如果采用樹尋址的算法,其最大跳數(shù)可能是網(wǎng)絡(luò)深度的2倍即2Lmax。但實(shí)際上從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)是小于2Lmax,所以可以通過(guò)限制最大跳數(shù)來(lái)提高路由效率。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)是源節(jié)點(diǎn)的后裔節(jié)點(diǎn)時(shí),最大跳數(shù)可由式(6)得到,dSrc為源節(jié)點(diǎn)的深度,dDes為目的節(jié)點(diǎn)深度。

dmax=|dSrc-dDes|

(6)

當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)不是源節(jié)點(diǎn)的后裔節(jié)點(diǎn)時(shí),則最大跳數(shù)為它們的共同父節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)之和,共同的父節(jié)點(diǎn)深度為dF,則通過(guò)式(7)可得到最大跳數(shù)[7]。

dmax=dSrc+dDes-2dF

(7)

4.2鄰居表的使用

因?yàn)閆igBee網(wǎng)絡(luò)路由器存在著鄰居表,鄰居表中包含有該設(shè)備一跳之內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)短地址、RSSI等信息。所以可以使用鄰居表進(jìn)行路由,并且對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)不會(huì)增加額外的開銷?？梢允褂孟旅娴暮瘮?shù)來(lái)獲取鄰居表項(xiàng):

NLME_GetRequest(ZNwkAttributes_t NIBAttribute,uint16 Index,void*Value)

其中參數(shù)NIBAttribute支持的屬性有網(wǎng)絡(luò)容量nwkCapabilityInfo,鄰居表nwkNeighborTable,鄰居表數(shù)目nwkNumNeighborTableEntries,Index用于表的索引,Value指向存儲(chǔ)屬性值的地址。節(jié)點(diǎn)在收到路由請(qǐng)求時(shí)可以查看鄰居表中是否存在有目的節(jié)點(diǎn),若存在可以單點(diǎn)直接發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn),完成路由任務(wù)。

4.3采用最小能量剩余優(yōu)化路由

在ZigBee中,距離協(xié)調(diào)器越近的路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量可能越大,也需要充足的能量來(lái)維持中繼的功能,否則能量不充足會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀的丟失和網(wǎng)絡(luò)的癱瘓,因此需要檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的能量值,來(lái)判斷是否使用該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。假設(shè)節(jié)點(diǎn)的初始能量值為E0,剩余最小能量值為Emin,如式(8)所示

(8)

其中,t為設(shè)備工作時(shí)間,α為一特定系數(shù),作用在于減緩Emin值減緩的速度,d表示節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)深度?？梢钥闯鲎钚∧芰恐蹬c時(shí)間、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)深度成反比。在改進(jìn)的算法中設(shè)置變量energy表示該節(jié)點(diǎn)的剩余能量,當(dāng)energy

4.4添加路由器休眠方法

TI的ZigBee協(xié)議棧沒(méi)有路由器的休眠機(jī)制,只有終端節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制,而路由器在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)任著非常重要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù),所以必須保證路由器的電源充足。

ZigBee節(jié)點(diǎn)有五種不同的運(yùn)行模式(供電模式),分別是主動(dòng)模式、空閑模式、PM1、PM2和PM3。主動(dòng)模式是一般模式,而PM3具有最低的功耗,穩(wěn)壓器的數(shù)字內(nèi)核關(guān)閉,所有的振蕩器都不運(yùn)行,復(fù)位或外部中斷時(shí)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)到主動(dòng)模式。所以在節(jié)點(diǎn)采集完數(shù)據(jù)后,通過(guò)初始化睡眠定時(shí)器開啟路由器的PM3模式,進(jìn)入超低功耗休眠模式,每隔一段時(shí)間去喚醒檢測(cè)是否有網(wǎng)絡(luò),若有網(wǎng)絡(luò)則進(jìn)入運(yùn)行模式否則再次進(jìn)入休眠模式。

初始化休眠定時(shí)器和設(shè)置PM3模式的部分代碼如下:

初始化休眠定時(shí)器:

void InitSleepTimer(void)

{

ST2 = 0X00;

ST1 = 0X0F;

ST0 = 0X0F;

EA = 1; //開中斷

STIE = 1; //睡眠定時(shí)器中斷使能

STIF = 0; //睡眠定時(shí)器中斷標(biāo)志

}

設(shè)置PM3模式:

void SysPowerMode(uchar mode)

{

if(mode < 4)

{

SLEEPCMD |= mode;//設(shè)置系統(tǒng)睡眠模式

PCON = 0x01; //進(jìn)入睡眠模式 ,通過(guò)

//中斷喚醒

}

else

PCON = 0x00; //通過(guò)中斷喚醒系統(tǒng)

}

4.5路由具體實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)以上的方案,綜合后具體的實(shí)現(xiàn)方案如圖5所示。

1) 源節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請(qǐng)求時(shí),各路由節(jié)點(diǎn)先初始化鄰居表項(xiàng),收到RREQ的節(jié)點(diǎn)查看目的節(jié)點(diǎn)是否是自己,如果是則處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行路由回復(fù)[9];

2) 否則,判斷是否為FFD,不是FFD丟棄RREQ;

3) 否則,檢查自身的能量值是否小于最小能量值,若小于,則丟棄RREQ;

4) 否則,根據(jù)式(7)查看跳數(shù)是否小于dmax,若不小于,則丟棄RREQ;

5) 否則,查看鄰居表中是否存有目的節(jié)點(diǎn),有則發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn)RREQ,目的鄰居節(jié)點(diǎn)的能量不論剩余多少都回復(fù)RREP包;

6) 否則,利用式(4)判斷目的節(jié)點(diǎn)是否為后代節(jié)點(diǎn),不是則將請(qǐng)求包轉(zhuǎn)發(fā)給自己的父節(jié)點(diǎn);

7) 否則,利用式(5)尋址,若目的節(jié)點(diǎn)是其子節(jié)點(diǎn)則直接回復(fù)RREP包;

8) 否則,發(fā)送給子路由設(shè)備從3)開始尋址,直到找到目的節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)收到RREP后,會(huì)按照路由發(fā)現(xiàn)的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖5　路由具體實(shí)現(xiàn)方法

5算法分析

本文在傳統(tǒng)算法AODVjr的基礎(chǔ)之上,結(jié)合樹簇算法,通過(guò)限制跳數(shù)減少了路由延時(shí)。利用鄰居表增加尋址效率,并考慮了剩余能量并在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間周期性更新,減小了由于節(jié)點(diǎn)能量不足死亡造成癱瘓的概率,有效地減少了網(wǎng)絡(luò)開銷,保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[10]。

6仿真并分析結(jié)果

仿真實(shí)驗(yàn)中通過(guò)比較改進(jìn)算法與ZigBee中使用的AODVjr算法,主要是比較兩者的網(wǎng)絡(luò)總耗能和平均跳數(shù)。仿真工具為Matlab R2012b。

6.1節(jié)點(diǎn)與平均跳數(shù)關(guān)系仿真

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)深度為5,每一層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為20,其中路由器數(shù)為6。如圖6所示是最后仿真的關(guān)系圖。從圖中可以明顯地看出,隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加,平均跳數(shù)有明顯的差異。在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少的時(shí)候,由于由于原始算法不需要計(jì)算最大跳數(shù),而改進(jìn)的算法需要計(jì)算最大跳數(shù),所以改進(jìn)后的算法跳數(shù)有些許增加。但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)增加到某個(gè)數(shù)目時(shí),改進(jìn)的算法顯示出比傳統(tǒng)算法減少的趨勢(shì)。所以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)越多,越能體現(xiàn)出改進(jìn)算法的優(yōu)越性。

圖6　節(jié)點(diǎn)與平均跳數(shù)

6.2時(shí)間與剩余能量關(guān)系仿真

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為80,α設(shè)置為0.5,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間為20min,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)深度為5,每一層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為20,其中路由器數(shù)為6。時(shí)間與剩余能量的關(guān)系圖,如圖7所示。從圖中可以明顯地看出,由于改進(jìn)后的算法通過(guò)鄰居表來(lái)獲取路由,并控制路由請(qǐng)求的方向,有效地節(jié)省了能量,提高了效率,所以改進(jìn)的算法相比原始算法,能量消耗速度更緩慢。

圖7　時(shí)間與剩余能量

7結(jié)語(yǔ)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)是近年一種新興的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展空間,作為一種低功耗技術(shù),其路由算法必然會(huì)向著節(jié)能穩(wěn)定的方向發(fā)展。所以研究并改進(jìn)目前路由協(xié)議中的不足,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的可靠性有著不言而喻的積極意義。

本文通過(guò)控制RREQ數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方向,限制其最大跳數(shù)并利用鄰居表增加了路由尋址效率。為減少死亡節(jié)點(diǎn)數(shù)目,防止網(wǎng)絡(luò)分割,有效地利用了最小剩余能量對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整,使網(wǎng)絡(luò)耗能均衡。最后通過(guò)仿真改進(jìn)前后的效果,結(jié)果表明,該算法能夠有效地減少網(wǎng)絡(luò)開銷,減緩耗能保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?/p>

參 考 文 獻(xiàn)著錄規(guī)則 中的責(zé)任者采用姓前名后的著錄形式。歐美著者的名可縮寫,姓大寫,姓和縮寫的名之間不可用“.”隔開,而是用空格。如用中譯名,可以只著錄其姓。如原文中作者為“P．S．昂溫”則在本刊要求中應(yīng)寫成“昂溫 P S”,Albert Einstein Seny應(yīng)寫成EINSTEIN A S。 的責(zé)任者之間用“,”分隔。不超過(guò)3個(gè)時(shí),全部照錄。超過(guò)3個(gè)時(shí),只著錄前3個(gè)責(zé)任者,其后加“,等”,外文用“,et al”,“et al”不必用斜體。

[1] 王芳,柴喬林,班艷麗.改進(jìn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2008,28(11):300-303.

WANG Fang, CHAI Qiaolin, BAN Yanli. Improved Routing Algorithm for ZigBee network[J]. Computer Engineering and Application,2008,28(11):300-303.

[2] Chakeres I D, Klein-Bemdt. AODVjr, AODV simplified[J]. Mobile Computing and Communication Review,2002,6(3):100-101.

[3] 李暉,常全成,郭長(zhǎng)順.Mesh網(wǎng)絡(luò)下AODV、DSR和ZigBee路由的比較分析[J].通信技術(shù),2010,10(9):100-102.

LI Hui, CHANG Quancheng, GUO Changshun. Analysis and Comparison Study of AODV, DSR and ZigBee Routing Protocols in Mesh Topology[J]. Communications Technology,2010,10(9):100-102.

[4] 耿萌.ZigBee路由協(xié)議研究[D].鄭州:解放軍信息工程大學(xué),2006,12(3):58-60.

GENG Meng. Research for ZigBee routing protocol[D]. Zhengzhou: The PLA Information Engineering University,2006,12(3):58-60.

[5] 杜煥軍,張維勇,劉國(guó)田.ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,46(1):1618-1619.

DU Huanjun, ZHANG Weiyong, LIU Guotian. Study of the routing protocol in ZigBee networks[J]. Journal of Hefel University of Technology,2008,46(1):1618-1619.

[6] 向慶,王建明.ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006,20(1):129-132.

XIANG Qing, WANG Jianming. Research and implementation of ZigBee protocol in the network layer[J]. The application of electronic and technology,2006,20(1):129-132.

[7] Kleinberg J. Authoritative gources in a hyperlinked environment[C]//Proceedings of the 9th ACM—SIAM Symposium on Discrete Alsorithms. San Francisco, USA, Jan 25—27 1998. USA, SIAM, Philadelphia,1998:668-677.

[8] 郭瑞星,王慶生.ZigBee路由算法的研究與改進(jìn)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011,32(3):125-128.

GUO Ruixing, WANG Qingsheng. Research and Improvement on the Routing Algorithm in ZigBee Networks[J]. Computer Development and Application,2011,32(3):125-128.

[9] Flake G W, Lawrence S, Giles C L, et al. Self organization of theweb and identification of connnunities[J]. IEEE Computer,2002,35(3):66-71.

[10] Imafuji N, Kitsuregawa M. Effects of maximum flow algorithm on identifying web community[C]//Proceeding of the Forth international Workshop on Web Information and Data Management, United states, Nov 8 2002. United States: Association for computing Machinery,2002:43-48.

一.總要求

為了幫助向本刊投稿的作者按規(guī)范著錄參考文獻(xiàn),現(xiàn)將常見類型文獻(xiàn)的著錄格式作如下要求。

本刊要求雙語(yǔ)參考文獻(xiàn),所有的中文參考文獻(xiàn)均需附英文譯文,示例如下:

示例1:

[1] 焦李成,杜海峰,等．免疫優(yōu)化計(jì)算、學(xué)習(xí)與識(shí)別[M].北京:科學(xué)出版社,2006．

JIAO Licheng, DU Haifeng, et al Immune optimization calculation 、Learning and Recognition [M]. Beijing: Science Pres,2006．

[2] 李詩(shī)靈,陳寧,趙學(xué)彧．基于粒子群算法的城市軌道交通接運(yùn)公交規(guī)劃[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通工程與科學(xué)版)2010,34(4)780-783．

LI Shiling, CHEN Ning, ZHAO Xueyu． Planning of Feder Bus to the Urban Rail Transit Based on Particle Swarm Optimization[J]． Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Enginering),2010,34(4):780-783．

示例2:馬克思,恩格斯．示例2:YELLAND R L, JONES S C, EASTON K S, et al．

二.圖書和期刊的著錄格式

◆普通圖書(原著):

[序號(hào)]著者．書名[M]．版本(第1版不著錄)．出版地:出版者,出版年:引文頁(yè)碼．

[3]余敏．出版集團(tuán)研究[M]．北京:中國(guó)書籍出版社,2001:179-193．

[4]中國(guó)社會(huì)科學(xué)院語(yǔ)言研究所詞典編輯室．現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典[M]．修訂本．北京:商務(wù)印書館,1996:258-260．

[5]CRAWFPRD GORMAN M． Future libries: dreams, madnes, &reality[M]． Chicago: America Library Asociation,1995．

◆普通圖書(譯著):

[序號(hào)]著者．書名[M]．譯者,譯．版本．出版地:出版者,出版年:引文頁(yè)碼．

[6]AGRAWAL G P． 非線性光纖光學(xué)[M]．胡國(guó)絳,黃超,譯．天津:天津大學(xué)出版社,1992:179-193．

[7]霍斯尼 R K． 谷物科學(xué)與工藝學(xué)原理[M]．李慶龍,譯．2版．北京:中國(guó)食品出版社,1989:15-20．

◆期刊(有卷)

[序號(hào)]著者.題名[J]．刊名,出版年份,卷(期)引文頁(yè)碼．

[8]蔣超,張沛,張永軍,等．基于SRLG不相關(guān)的共享通路保護(hù)算法[J]．光通信技術(shù),2007,31(7):4-6．

[9]DIANOV E M, BUFETOV I A, BUBNOV M M, et al． Thre-cascaded 1407nm Raman laserbased on phosphorusdoped silica fiver[J]． OPTICS LETTERS,2000,26(6):402-404．

◆期刊(無(wú)卷)

[序號(hào)]著者.題名[J]．刊名,出版年份(期):引文頁(yè)碼．

[10]周可,馮丹,王芳,等．網(wǎng)絡(luò)磁盤陣列流水調(diào)度研究[J]．計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2005(3):319-325．

[11]VLATK V, MARTIN B P． Basic of quantum compwtation[J]． Proces in Quantum Electronics,1998(22):1-39．

三.電子文獻(xiàn)的著錄格式

◆電子文獻(xiàn):

[序號(hào)]主要責(zé)任者．題名:其他題名信息[文獻(xiàn)類型標(biāo)志/文獻(xiàn)載體標(biāo)志]．出版地:出版者,出版年(更新或修改日期)[引用日期]．獲取和訪問(wèn)路徑．

[12]Online Computer Library Center, Inc． History of OCLC[EB/OL]．[2000-01-08]．htp://www．oclc．org．

[11]蕭鈺．出版業(yè)信息化邁入快車道[EB/OL]．(2001-12-19)[2002-04-15]．htp:∥www．creader．com/news/200112190019．htm．

四.學(xué)位論文與論文集的著錄格式

◆學(xué)位論文:

[序號(hào)]著者．題名[D]．出版地:出版者,出版年:引文頁(yè)碼．

[13]孫玉文．漢語(yǔ)變調(diào)構(gòu)詞研究[D]．北京:北京大學(xué)文學(xué)院,2000．

◆論文集:

[序號(hào)]著者．題名[C]//著者．專題名:其他題名．出版地:出版者,出版年:引文頁(yè)碼．

[14]白書龍．植物開花研究[C]//李承森．植物科學(xué)進(jìn)展．北京:高等教育出版社,1998:146-163．

[15]AZIEM M M A, ISMAIEL H M． Quantitative and qualitative Evaluations of Image Enhancement Techniques[C]//Procedings of the 46th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems,2003:664-669．

中圖分類號(hào)TP393.1

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.03.026

作者簡(jiǎn)介:雷斌,男,副教授,研究方向:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、信息安全與網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等。穆春喜,男,碩士研究生,研究方向:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

收稿日期:2015年9月9日,修回日期:2015年10月23日