文档介绍：分类号 TN 密级 公开
UDC 编号 10299S1407041
硕 士 学 位 论 文
ZigBee 网络的路由优化算法研究
Research on routing optimization algorithm of ZigBee network
指 导 教 师 潘天红 教授
作 者 姓 名 刘 吉
申请学位级别 硕 士 学科(专业) 控制科学与工程
论文提交日期 2017 年 4 月 论文答辩日期 2017 年 6 月
学位授予单位和日期 江苏大学 2017 年 6 月
答辩委员会主席
评阅人
江苏大学硕士学位论文
摘 要
随着物联网时代的到来，无线传感器网络的应用也越来越广泛。作为无线传
感器网络工业标准之一的 ZigBee 技术，具有高可靠性、低成本和低功耗的特点，
被广泛应用于工业控制、农业监测、环境保护和智能家居等各个领域。而如何降
低网络的能量消耗，减小网络中的冗余，延长网络的生存时间，受到人们普遍关
注。本文从减少多对一数据传输网络中的数据传输距离，和改进 ZigBee 分层树
路由两方面来降低网络数据传输的能量消耗。
ZigBee 网络中存在不同的通信需求，按照数据通信模式，将其分为多对多，
一对多和多对一的网络。其中，在多对一的网络中（如环境监测网络），指定一
个目的节点（协调器）收集网络中其它节点的信息。网络中协调器的位置影响其
它节点到协调器的路由跳数，从而影响网络的能量消耗。为了减少网络中数据传
输的能量消耗，本文提出了一种分布式的 ZigBee 协调器选择算法(Distributed
ZigBee coordinator election algorithm, DZCE)来优化网络结构。该算法利用网络结
构向量，以最小化网络中节点的平均深度和网络深度为度量，同时考虑潜在的协
调器的能量水平，在网络中搜寻位置最优的协调器，从而重新配置网络拓扑，优
化网络结构。仿真实验表明，该算法可以有效的优化网络结构，减少网络中的数
据传输的能量消耗，延长网络的使用寿命。
同时针对 ZigBee 分层树路由协议的冗余路径和网络负载集中的问题，提出
一种基于邻居表的改进的树路由算法(Neighbor table based tree routing ,NTR)。该
算法利用 ZigBee 协议中邻居表的信息，以路由跳数为度量，从邻居节点中选择
潜在的最优的下一跳节点，有效的改善了 ZigBee 分层树路由中存在的问题。仿
真实验表明，NTR 算法减少了树链路上的流量负载并提供了有效的路由路径，
改善了网络性能。
关键词：ZigBee，网络结构向量，拓扑优化，分层树路由，能量优化，邻居表
I
ZigBee 网络的路由优化算法研究