基于GA-PSO算法的ZigBee自组网最佳路由选择
ZigBee自组网地址分配与路由协议技术详解
如果需要从一个节点向另一个节点发送数据，那么信息将沿着树的路径向上传递到最近的祖先节 点然后再向下传递到目标节点。 这种拓扑方式的缺点就是信息只有唯一的路由通道。另外信息的路由是由协议栈层处理的，整个 的路由过程对于应用层是完全透明的
如果一个设备 Cskip(d)的值为 0，则没有路由能力，该设备为终端设备； 如果一个设备 Cskip(d)的值大于 0，则有路由能力，该设备为路由器设备。 网络中分配地址为（n 为当前分配节点个数） 终端：An=Ak+1+Cskip(d)*(n-1) 路由器：An=Ak+Cskip(d)*Rm*(n-1); 下一个路由器设备分配地址为前一个已分配路由器地址加 Cskip 偏移量 CurNodeInfo.NextRouterAddr+ = CurNodeInfo.Cskip; 下一个要分配的终端设备地址为前一个已知分配地址+1 CurNodeInfo.NextEndDevAddr++;
ZigBee 树状路由机制
假设一个路由器要发送数据包到目标地址 D。这个路由器的网络地址个网络深度为 A 和 d。它 首先会判断目标地址设备是否是它的子设备，应当满足： A < D < A+Cskip(d-1) 如果目标设备是它的子设备，下一跳地址就是
否则，路由器将此数据包发向它的父节点。
通常在支持网状网络的实现上，网络层会提供相应的路由探索功能，这一特性使得网络层可以找 到信息传输的最优化的路径。需要注意的是，以上所提到的特性都是由网络层来实现，应用层不 需要进行任何的参与。 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构 还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；
ZIGBEE配置与组网
3.2.1.2 Zigbee组网类型及特点 星型、网格状、簇状
共有三种基本组网结 构
Star Network Mesh Network Mesh-Tree
Network
3.2 ZIGBEE配置与组网
3.2.1 Zigbee组网类型及特点 3.2.2 ZIGBEE模块配置
3Hale Waihona Puke 2.2.1组网基础知识 3.2.2.2星型网组网实验
3.2.2.2星型网组网实验
所需器材 烧入内容 烧入过程 组网实验
所需器材
所需节点
1个协调器，2个终端节点
其它
串口线、仿真器、相关软件等
烧入内容
组网配置内容
Channel: PANID: IEEE address 烧入节点程序 hex文件
协调器配置
Channel: 13 PANID: 3001 IEEE address: 00 00 00 00 00 00 01 04
ZigB ee路由节点
ZigBee路由节点(ZigBeeRouter,ZR)也必 须是FFD。
ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息 转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖 范围等。
ZigBee终端节点
ZigBee终端节点(ZigBeeEndDevice，ZE) 可以是全功能节点FFD或者精简功能设备 RFD（ ReducedFunctionDevice,RFD ），它通过ZigBee 协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络， 但不允许其他任何节点通过它加入网络， ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。
烧入过程
仿真器连接协调器节点
将仿真器排线插入协调器对应插槽 将仿真器USB口插入电脑USB口
首先烧入节点IEEE地址
ZigBee结合GPRS的无线自组网的数据传输系统
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol.33No.7July 2012中央高校科研资金资助项目（编号：JUSRP20914、JUDCF10031）。
修改稿收到日期：2011－07－07。
第一作者耿鹏（1986－），男，现为江南大学电子工程系在读硕士研究生；主要从事无线通信方面的研究。
ZigBee 结合GPRS 的无线自组网的数据传输系统Wireless ad hoc Network Data Transmission SystemBased on Combination of ZigBee and GPRS耿鹏1戴欢1何磊2顾晓峰1（轻工过程先进控制教育部重点实验室江南大学电子工程系1，江苏无锡214122；中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所2，江苏苏州215123）摘要：为解决数据通过无线自组网远距离传输所存在的问题，设计了ZigBee 结合GPRS 的数据传输系统。
介绍了系统的硬件架构以及终端通过路由转发数据的过程，同时对终端节点发送、路由转发及数据上报到网关等环节进行了软件设计；最后对系统运行进行了测试。
测试结果显示，数据可以稳定地从终端节点传输到服务器端，系统有效地实现了数据在无线自组网中的远程传输。
关键词：ZigBeeGPRS无线自组网数据传输系统网关路由终端节点中图分类号：TN99文献标志码：AAbstract ：To solve the problems existing in remote data transmission through wireless ad hoc network ，the data transmission system combining ZigBee with GPRS is designed．The system hardware framework and the process of transferring data through router for terminal are introduced ，in addition ，the software design for several segments are carried out ，e．g．terminal node transmit ，route transferring and the reporting of data to the gateway ；finally ，the system operation is tested．The test result shows that data can be stably transmitted from terminal node to the server and the system implements the remote transmission of data on wireless ad hoc network effectively．Keywords ：ZigBeeGPRSWireless ad hoc networkData transmission systemGateway routeTerminal node0引言工农业领域的工作环境通常比较恶劣，需要数据采集或监控的网络节点多，且要求设备成本低、数据传输可靠性高［1］。
zigbee组网方案
zigbee组网方案Zigbee组网方案简介Zigbee是一种低功耗、近距离的无线通信技术，主要应用于物联网领域。
它基于IEEE 802.15.4标准，通过无线信号传输数据，可以实现设备之间的互联和通信。
本文将介绍Zigbee组网的原理以及常见的组网方案。
Zigbee组网原理Zigbee组网主要由三个组成部分组成：协调器（Coordinator），路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是整个网络的中心，负责管理和控制整个网络，并在必要时与外部网络通信。
路由器可以通过多跳方式将数据传输到不同的节点，终端设备是网络中的终端节点，主要用于数据的采集和传输。
Zigbee网络采用星状拓扑结构，协调器位于网络的中心，路由器和终端设备通过与协调器的连接来建立网状拓扑结构。
这种结构可以保证网络的稳定性和可靠性。
组网过程中，首先需要进行网络的初始化和配置。
协调器将会发出一个网络启动信号，其他设备在接收到信号后可以加入已有网络或创建一个新的网络。
随后，设备会通过Zigbee的网络协议进行数据的传输和交换。
协议包括了设备之间的通信规则、数据的格式和传输的方式。
Zigbee组网方案Zigbee组网方案有两种常见的方式：单主结构和多主结构。
单主结构在单主结构中，只有一个协调器作为网络的中心，其他设备通过与协调器的连接来进行通信。
这种结构的优点是简单和易于部署，适用于规模较小的网络。
然而，由于只有一个协调器，整个网络的稳定性和可靠性会受到限制。
多主结构多主结构中，可以有多个协调器作为网络的中心。
这种结构的优点是能够提供更高的灵活性和可扩展性，并且可以实现区域之间的连接和通信。
每个协调器都可以管理一部分设备和节点，通过多跳方式实现数据的传输。
然而，多主结构的部署和管理相对复杂，需要更多的设备和资源。
Zigbee网络拓扑结构除了单主结构和多主结构之外，Zigbee还支持多种拓扑结构，包括星状、网状、树状和混合结构。
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计一、ZigBee协议栈ZigBee协议栈是ZigBee通信协议的基础，由物理层、MAC层、网络层和应用层组成。
物理层定义了无线信道的调制、频率和功率等参数；MAC层负责数据的传输和接收，实现了信道共享和帧格式的定义；网络层处理路由选择和网络拓扑结构的管理；应用层实现了不同应用的数据处理和交互。
这些层次的协议组成了整个ZigBee协议栈，为ZigBee的无线通信提供了可靠的基础。
二、网络拓扑结构ZigBee的网络拓扑结构包括星型、网状和混合型等几种形式。
星型拓扑结构适用于简单的小范围通信，一个集中控制器连接多个设备；网状拓扑结构适用于大范围通信和设备密集的场景，任意两个设备之间都可以通过中继节点进行通信；混合型拓扑结构将星型和网状结合起来，适用于较大规模和多样化的应用场景。
不同的网络拓扑结构适用于不同的场景和需求，设计者可以根据实际情况选择合适的网络结构。
三、节点类型ZigBee网络中的节点主要分为协调器、路由器和终端设备三种类型。
协调器是网络中的主节点，负责网络的组建和管理；路由器用于数据的中继和转发，拥有一定的计算和存储能力；终端设备是网络中的终端节点，通常功耗较低，只负责数据的采集和传输。
这三种节点类型相互配合，形成了稳定的通信网络。
四、通信机制ZigBee的通信机制主要包括数据传输、路由选择和能耗管理等方面。
数据传输采用了低功耗的无线通信技术，使用低频率和短数据包进行数据的传输；路由选择采用了基于跳数的路由协议，实现了快速且稳定的数据传输；能耗管理采用了低功耗的设计，通过睡眠模式和功耗优化实现了长时间的运行。
这些通信机制使得ZigBee具有了良好的稳定性和低功耗的特点。
基于ZigBee的无线通信组网设计是一项复杂而重要的工作。
设计者需要根据实际应用场景和需求，选取合适的ZigBee协议栈、网络拓扑结构、节点类型和通信机制，才能设计出稳定、高效、低功耗的无线通信系统。
基于Zig Bee组网的通信组合技术与路由协议算法的优化
基于Zig Bee组网的通信组合技术与路由协议算法的优化杨军1李丹2魏斌3张飞朋41大庆油田设计院有限公司2中国石油天然气管道工程有限公司3华北油田公司物资分公司第二供应业务部4中国石油新疆油田分公司采油二厂摘要：随着智慧油田的建设，油田数字化快速发展，油田地区基本实现生产数据的自动化采集、存储和分析。
某煤层气田大部分井处于山腰或山间，存在GPRS信号不稳定、井组设备成本比较高、数据传输存在失效性和时延性等问题。
通过使用Zig Bee协调器与终端建立网络通信，再通过位置灵活性强的GPRS模块传出数据；将现有的Cluster-Tree路由算法的Zig Bee协议与AODVjr算法结合优化，以降低数据传输的失效性和时延性。
对两种算法和优化后的算法进行直观的仿真模型比较，结果表明:算法优化后，在保证节约电池能量的同时，失效性和时延时间问题得到了很大的改善。
关键词：通信组合；路由算法；Zig Bee；失效性；时延性；优化Communication Combination Technology and Optimization of Routing Protocol Algo⁃rithm Based on Zig Bee NetworkYANG Jun1，LI Dan2，WEI Bin3，ZHANG Feipeng41Daqing Oilfield Design Institute Co.，Ltd.2China Petroleum Pipeline Engineering Co.，Ltd.3The Second Supply Business Department of Material Branch of Huabei Oilfield Company4No.2Oil Production Plant of Xinjiang Oilfield Company，CNPCAbstract：With the construction of smart oil fields and the rapid development of oilfield digitaliza-tion，automatic collection，storage and analysis of production data are basically realized in oil fields.Most of the wells in a coalbed methane field are located on the mountainside or between the moun-tains，so there are some problems，such as unstable GPRS signal，relatively high cost of well group equipment，failure and time-ductility of data transmission.By using Zig Bee coordinator to establish network communication with the terminal，and then through the GPRS module with high position flexibility to transmit data，the Zig Bee protocol of the existing Cluster-Tree routing algorithm is com-bined with AODVjr algorithm to optimize the algorithm to reduce the data transmission failure and time ductility.The two algorithms and the optimized algorithm are intuitionistic compared with the simula-tion model.The results show that the optimized algorithm can not only save the battery energy，but al-so improve the failure and time ductility.Keywords：communication combination；routing algorithm；Zig Bee；failure；time-ductility；op-timization随着油田自动化、数字化的快速发展，对油田建设相配套的网络和通信技术要求越来越高，特别是山间、野外现场集中的油水井数据采集，存在通信信号不稳定等问题。
基于通信代价的Zigbee网状网络路由选择算法
（ 辽 宁工程技术大学 电子与信 息工程学院，辽宁 葫芦岛 １ ２ ５ １ ０ ５ ）
摘 要 ：针 对 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ网状 网络 Ａ０ Ｄ Ｖｊ ｒ 路 由算法在路 由发现过程 中引起的节 点能耗不均衡 问题 ，提 出了一种通过 有效选择 转发 节点 ，动态建立通信路径的路 由选择算 法。该 算法在 定义通信代 价函数 的基础 上 ，通过 限定邻居前 区集合 来确定待选 节点集，并综合 考虑待选节点的剩余能量 以及待选 节点转发数据 至下一跳 的 能量损 耗 ，选择 具有最 小通信 代价 的节点转发 数据 ，尽 可能的减小节点在路 由发现过 程 中所 引起 的 不必要 的 能量损耗 。仿 真 结果表 明 ，该 算法 能够有 效地 均衡 节点能
ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ，ａ ｒ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｎ ｏ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｔ ｈ ｓ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｂ ｏ ｒ ｓ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｃ — ｈ ｉ ｎ ｇ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ，ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ ｃ ａ ｎ ｄ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｎ ｄ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｘ ｔ ｈ ｏ ｐ ，ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ｏ ｆ ｎ ｏ ｄ ｅ ｉ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｓ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｎ ｏ ｄ ｅ
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计一、引言随着无线通信技术的飞速发展，基于ZigBee的无线通信组网技术正逐渐成为物联网和智能家居等领域的主流技术之一。
ZigBee技术具有低功耗、低成本、自组织网络等特点，适用于各种环境下的无线通信场景。
本文将着重介绍基于ZigBee的无线通信组网设计，包括ZigBee技术的优势、组网原理、网络拓扑结构和网络层次设计等内容，旨在帮助读者更好地理解和应用ZigBee技术。
二、ZigBee技术的优势1. 低功耗：ZigBee技术采用低功耗的设计，可实现长时间的无线通信，适用于电池供电设备和需要长时间运行的场景。
2. 低成本：ZigBee技术的硬件成本低廉，同时其标准化的设计和生态系统，降低了开发和维护成本，适合小范围和大规模的部署。
3. 自组织网络：ZigBee网络具有自组织、自修复的特点，可以实现相对稳定的通信环境和优良的网络覆盖范围。
4. 低数据传输速率：ZigBee技术适合传输低速数据，可以满足物联网和智能家居等领域对数据传输的需求。
5. 安全性和稳定性：ZigBee技术支持AES 128位加密算法，能够保障数据的安全传输；同时其频率稳定性高，受干扰能力强，保障了通信的稳定性。
三、ZigBee组网原理ZigBee组网使用的是无主从多路访问（CSMA/CA）协议，采用层级式的网络结构，实现了设备之间的自组织和自修复。
ZigBee网络中包含三种设备类型：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和端设备（End Device），它们分别具有不同的功能和位置。
1. 协调器（Coordinator）：是ZigBee网络的核心，负责协调整个网络的组网和安全管理等工作，每个ZigBee网络中只能有一个协调器。
2. 路由器（Router）：负责数据的中继和转发，增强了网络的覆盖范围和稳定性，可以支持更多的端设备连接。
3. 端设备（End Device）：是网络中的最终节点，可以连接到路由器或者协调器，负责数据的采集和传输等工作。
ZigBee网络配置
ZigBee⽹络配置低数据速率的WPAN中包括两种⽆线设备：全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD）。
其中，FFD可以和FFD、RFD通信，⽽RFD只能和FFD通信，RFD之间是⽆法通信的。
RFD的应⽤相对简单，例如在传感器⽹络中，它们只负责将采集的数据信息发送给它的协调点，并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。
RFD占⽤资源少，需要的存储容量也⼩，成本⽐较低。
在⼀个ZigBee⽹络中，⾄少存在⼀个FFD充当整个⽹络的协调器，即PAN协调器，ZigBee中也称作ZigBee协调器。
⼀个ZigBee⽹络只有⼀个PAN协调器。
通常，PAN协调器是⼀个特殊的FFD，它具有较强⼤的功能，是整个⽹络的主要控制者，它负责建⽴新的⽹络、发送⽹络信标、管理⽹络中的节点以及存储⽹络信息等。
FFD和RFD都可以作为终端节点加⼊ZigBee⽹络。
此外，普通FFD也可以在它的个⼈操作空间（POS）中充当协调器（路由），但它仍然受PAN协调点的控制。
ZigBee中每个协调点最多可连接255个节点，⼀个ZigBee⽹络最多可容纳65535个节点。
ZigBee⽹络的拓扑结构ZigBee⽹络的拓扑结构主要有三种，星型⽹、⽹状（mesh）⽹和混合⽹。
星型⽹是由⼀个PAN协调点和⼀个或多个终端节点组成的。
PAN协调点必须是FFD，它负责发起建⽴和管理整个⽹络，其它的节点（终端节点）⼀般为RFD，分布在PAN协调点的覆盖范围内，直接与PAN协调点进⾏通信。
星型⽹通常⽤于节点数量较少的场合。
Mesh⽹⼀般是由若⼲个FFD连接在⼀起形成，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的⽆线通信范围内的其它节点通信。
Mesh⽹中，⼀般将发起建⽴⽹络的FFD节点作为PAN协调点。
Mesh⽹是⼀种⾼可靠性⽹络，具有“⾃恢复”能⼒，它可为传输的数据包提供多条路径，⼀旦⼀条路径出现故障，则存在另⼀条或多条路径可供选择。
Mesh⽹可以通过FFD扩展⽹络，组成Mesh⽹与星型⽹构成的混合⽹。
ZigBee路由网络及其通信路由协议
ZigBee路由网络及其通信路由协议ZigBee是一种专为低功耗、低数据传输速率、低成本的自组织无线网络设计的通信协议。
它被广泛应用于物联网（Internet of Things）中的各种智能设备，如传感器、智能电表、安防系统等。
ZigBee路由网络是由多个设备组成的网络，这些设备可以相互通信和协调工作，实现数据的传输和控制。
在ZigBee路由网络中，设备分为三种角色：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是整个网络的核心，负责网络的创建和管理。
路由器是网络中的中间节点，负责转发数据包和帮助终端设备建立路由路径。
终端设备是网络中最低级别的设备，它们只能与路由器通信，不能直接与其他终端设备通信。
ZigBee通信路由协议是实现ZigBee路由网络中数据传输的关键。
该协议通过一种层次化的路由机制，将数据从源节点传输到目标节点。
在ZigBee通信路由协议中，路由表是一个重要的概念。
每个路由器都会维护一个路由表，其中包含了网络中所有节点的信息，如节点的地址、邻居节点等。
通过路由表，路由器可以选择最佳的路径来传输数据。
ZigBee通信路由协议使用了一种基于跳数的路由选择算法。
当一个终端设备要发送数据时，它首先将数据包发送给与之直接相连的路由器。
路由器接收到数据包后，根据自身的路由表选择最佳的下一跳路由器，并将数据包转发给下一跳路由器。
这个过程一直持续到数据包达到目标节点。
在路由选择过程中，ZigBee通信路由协议考虑了多个因素，如路径质量、网络拓扑结构、设备能耗等。
它会选择具有较好路径质量的路由，以确保数据的可靠传输。
同时，它还会根据网络的拓扑结构和设备能耗来优化路由，实现能耗均衡和网络负载均衡。
ZigBee路由网络还支持路由的重组和修复。
当某个节点出现故障或离线时，ZigBee通信路由协议会根据网络的拓扑结构重新选择路由，以保证数据传输的连通性和可靠性。
如何在创建ZigBee应用时做出正确的选择
如何在创建ZigBee应用时做出正确的选择低功耗、低成本的ZigBee无线网络标准使得把无线通信功能嵌入到日用家电成为可能。
它的支持者宣称，该标准将在家庭和楼宇自动化、节能甚至国土安全领域开拓丰富的新市场。
尽管ZigBee v1.0版规范已经得到最终批准，但对于打算进入这个市场的公司来说，该协议不是能以一种规格适应所有应用的“万能药”。
在其最基础层，ZigBee确保了与其它符合标准的产品的互操作性。
而与ZigBee的潜在应用非常之广一样，开发人员必须权衡的问题也非常之多，包括更深层的应用、架构和平台等。
ZigBee标准提供了网络、安全和应用支持服务，这些服务工作在IEEE 802.15.4媒体存取控制(MAC)和物理层(PHY)无线标准之上。
它采用了一整套技术来实现可扩展、自组织、自恢复的网络，这种网络可以管理各种各样的数据传输模式(见图1)。
尽管ZigBee常常被默认为无线网格网络，但该标准实际上支持多种网络拓扑，包括星型、簇树型(cluster tree)或星/网格混合型网络(见图2)。
因此，开发人员首先要考虑的是“哪种网络结构最适合我的应用需要？”如果数据可靠性是关键要求，那么网格网络架构针对固有的不可知缺陷提供了最佳防护，这些缺陷有可能导致任何无线环境(例如存在RF衰减、电磁干扰和多径信号的情况)中的信号质量下降。
通过把ZigBee接收器和发射器放得更加靠近，所有这三种条件的负面效果将会减轻。
网格网络的冗余通道会确保提供替代的数据通道，从而避免单节点故障。
其它应用也许需要ZigBee路由器来扩展网络的工作范围，其中路由器将充当因为相距太远而不能直接通信的节点之间的中继器。
此外，这种部署方案可能依赖于电池供电的路由器，所以需要相当数量的“睡眠”时间以增加它们的使用寿命。
例如，在一个农作物监视网络或者类似的农业应用中，簇树型结构也许是最好的选择。
它可以把多个子网络汇聚成一个长距离的ZigBee广域网。
ZigBee技术网络层的路由算法分析
ZigBee技术网络层的路由算法分析ZigBee技术是一种低功耗、低数据速率、短距离无线通信标准，其拥有小型化、低成本的优点，被广泛用于物联网、智能家居、工业控制等领域。
在ZigBee技术中，网络层的路由算法是至关重要的一部分，因为它能够确保数据包正确的传输。
在ZigBee技术中，常用的路由算法主要有基于距离向量的算法、基于链路状态的算法和基于源路由的算法。
其中，基于距离向量的算法是ZigBee网络中最广泛应用的算法之一，主要是利用每个节点的距离向量信息计算出最佳的路径。
这种算法的优点是实现简单、易于部署、对网络的稳定性有好处。
但是，由于节点仅能获得其邻居节点的信息，使得该算法无法得到全局网络状态信息，容易产生路由环路问题，限制了它的应用范围。
基于链路状态的路由算法解决了距离向量算法中存在的路由环路问题，具有更好的路由总体性能。
该算法的主要思想是每个节点通过收集相邻节点的链路状态信息，构建出整个网络的拓扑结构，根据链路质量和信号强度等信息为每个节点计算出最佳的路由路径。
但是，该算法需要广泛的网络信息和大量的网络带宽，因此实现和部署成本较高，对节点能耗的影响也较大。
基于源路由的算法可以有效地避免路由环路问题和冗余流量，因为整个路径都是在源节点中计算的，而不是在网络中的中间节点上计算。
源节点负责为每个数据包计算出到目标节点的完整路径，并将该路径信息附加到数据包的首部。
该算法的优点是具有不可逆性和确定性等特点，可以提高网络的稳定性和性能，同时也更加灵活。
但是，实现该算法需要高速处理器和大规模的存储器，因此成本比较高。
总的来说，不同的路由算法具有适用于不同ZigBee网络环境的优缺点。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和网络规模选择适合的路由算法，以达到最佳的路由效果。
基于改进GA-PSO的无线传感网络路由算法
基于改进GA-PSO的无线传感网络路由算法
张慧
【期刊名称】《计算机与现代化》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】为了解决无线传感网络的能量不均问题,有效地延长生存周期,本文提出一种基于改进的遗传(GA)-粒子算法(PSO)优化的无线传感网络路由算法.首先分析无线传感网络的能量模型,再根据改进的GA-PSO算法,构建簇头选择的目标函数.仿真实验表明,本文算法可以延长网络的生存时间,保证网络具有更加均衡的能耗,验证了所提算法的可行性和有效性.
【总页数】4页(P31-34)
【作者】张慧
【作者单位】榆林学院信息工程学院,陕西榆林719000
【正文语种】中文
【中图分类】TP183.1
【相关文献】
1.基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究 [J], 刘剑鸣;赵日记
2.基于改进蚁群优化策略的无线传感器网络路由算法 [J], 蔡燕; 陈加林
3.基于改进蚁群算法的无线传感网络路由算法研究 [J], 张文柱;孔维鹏;高鹏;孙瑞华
4.基于改进短链聚合策略的无线传感器网络路由算法 [J], 潘继强;何立风;达列雄;周广彬
5.基于模拟退火算法和改进灰狼优化器的异构无线传感器网络路由协议 [J], 赵小强;任少亚;翟永智;权恒;杨婷
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ZigBee路由协议分析与优化
ZigBee 路由协议分析与优化摘要：ZigBee 协议是一种低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，适用于许多物联网应用场景。
然而，由于其复杂的路由机制，ZigBee 网络的性能容易受到负载和干扰的影响。
为了优化ZigBee 网络的性能，本文针对其路由协议进行了分析，并提出了一系列优化措施，包括基于负载均衡的路由、基于信号干扰的路由、基于链路质量的路由以及基于自适应路由的路由。
关键词：ZigBee 协议；路由协议；负载均衡；信号干扰；链路质量；自适应路由。
一、引言ZigBee 是一种基于IEEE 802.15.4 标准的低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，广泛应用于智能家居、智能医疗、智能交通等物联网应用领域。
ZigBee 网络通常由若干个传感器节点、一个集中器以及若干个路由器组成，节点之间通过无线信道进行通信，集中器负责维护网络拓扑，路由器则负责中转节点之间的数据包。
由于ZigBee 网络的拓扑结构往往非常复杂，节点密度较大，因此对其路由协议进行优化显得尤为重要。
二、ZigBee 路由协议分析ZigBee 路由协议主要包括基于源路由的路由协议和基于分散路由的路由协议。
在基于源路由的路由协议中，数据包的路由路径由源节点指定，中间节点只充当转发器的角色；在基于分散路由的路由协议中，数据包的路由路径由中间节点根据网络拓扑信息决定。
从ZigBee 路由协议的工作原理来看，它往往容易受到负载和干扰的影响，造成网络性能下降。
同时，ZigBee 协议的路由机制较为复杂，会导致路由器计算和存储负担增加，从而使路由器的能耗增加。
三、ZigBee 路由协议优化为了提高ZigBee 网络的性能，本文提出了基于负载均衡的路由、基于信号干扰的路由、基于链路质量的路由以及基于自适应路由的路由四种优化措施。
1.基于负载均衡的路由基于负载均衡的路由是指根据节点的负载情况来选择最优路径进行数据包传输，可以使网络资源的利用更加均衡，从而提高网络的吞吐量和稳定性。
zigbee组网方案
Zigbee组网方案介绍Zigbee是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，常用于物联网应用。
Zigbee组网方案是指在Zigbee网络中，如何合理布局设备和搭建网络结构，以实现稳定的通信和高效的数据传输。
本文将介绍Zigbee组网的基本原理、网络拓扑结构以及常用的组网方案。
基本原理Zigbee使用IEEE 802.15.4无线通信标准，工作于2.4GHz频段。
它采用低功耗、低速率的通信方式，支持星型和网状拓扑结构，以及多种网络拓扑结构的组合。
Zigbee组网的基本原理是利用协调器（Coordinator）作为网络的核心，连接所有的设备，并管理网络的功能。
其他设备可以是从节点（End Device）或路由器（Router），将数据通过网络传输给协调器。
协调器负责设备的加入和离开、数据的传输和路由选择等功能。
从节点负责传感器数据的采集和发送，路由器则负责数据的中继和路由选择。
网络拓扑结构Zigbee网络支持多种网络拓扑结构的组合，常见的有星型和网状两种。
星型结构星型结构是最简单的网络拓扑结构，所有设备都直接连接到协调器。
这种结构下，数据传输的距离较近，通信效果稳定可靠。
然而，星型结构下的设备数量有限，且中心节点容易成为瓶颈。
星型结构星型结构网状结构网状结构是一种多对多的网络拓扑结构。
各个设备可通过路由器相互连接，数据可以从源设备通过多个中继节点传输到目标设备。
这种结构下，网络的扩展性较好，且传输距离也可以更远。
网状结构网状结构组网方案根据实际应用需求，选择合适的组网方案是关键。
下面介绍几种常用的Zigbee 组网方案。
单一网状结构在小型范围内，可使用单一网状结构。
所有设备通过路由器连接，数据可以从源设备直接传输到目标设备。
这种方案易于部署，但设备数量和覆盖范围有限。
多层级网状结构对于大范围的应用场景，可使用多层级网状结构。
将网络划分为多个区域，每个区域内有一个协调器和多个路由器。
协调器之间通过路由器连接，形成多层级的网状结构。
基于DE-PSO路由的最优路径选择算法研究
基于DE-PSO路由的最优路径选择算法研究程小博; 尚家泽; 安葳鹏; 刘雨; 刘志中【期刊名称】《《河南理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2020(039)002【总页数】6页(P110-115)【关键词】ZigBee; 差分进化算法; 粒子群优化算法; 最佳路径【作者】程小博; 尚家泽; 安葳鹏; 刘雨; 刘志中【作者单位】河南理工大学计算机科学与技术学院河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TP301.60 引言随着物联网技术的发展，将ZigBee技术应用于物联网逐渐成为研究热点。
ZigBee是一种短距离、低功耗的无线通信技术协议，并具有强大的自组网能力，已经广泛用于军事、海洋等领域[1-3]。
ZigBee的拓扑树路由算法适用于节点少、负载低的网络，现有的物联网中数据流会对ZigBee网络产生较大的负载，增加网络能耗，造成某条线路拥塞。
为了解决ZigBee在组网过程中出现的路由节点过早死亡、网络能耗高等问题，优化路由路径算法是解决问题的关键。
ZigBee网络中AODVjr算法在路由路径发现期间需要大量转发RREQ，从而容易形成网络风暴，造成网络拥塞；Cluster-Tree路由算法基于分布式地址分配，易于实现。
当节点深度较高时，增加能耗，当某些节点能量耗尽，容易引发瘫痪。
钱志鸿等[4]设计AODVjr+Cluster-Tree混合算法，减少了网络中的冗余分组，节点深度低时选择AODVjr算法，节点深度高时选择Cluster-Tree算法，两种算法的弊端仍然存在；WANG Xin等[5]采用GA-PSO算法,并提出了簇首轮换竞争机制，减少了网络时延，但后期由于某些节点死亡，增大了节点间距，后期节点平均能耗增加；魏文红等[6]采用多目标进化算法，把路由代价和网络生存时间作为优化目标，提出变异，交叉和选择策略，提高了数据包传输速率并降低了网络能耗；M.U.Ruihui等[7]综合考虑了路由传输距离和节点剩余能量2个因素，提出了网络动态分簇路由协议；孙彦清等[8]为了解决路由的频繁发现，提出了基于ACO和AODV的优化算法，有效地降低了网络时延，但是并没有解决网络能量均衡的问题。
基于PSO和共轭梯度法的移动IP路由选择
基于PSO和共轭梯度法的MIP路由优化方案*吴伯桥1 陈焕文1刘雪飞2 郭登科1(1 湖南信息技术职业学院计算机系，湖南长沙，410200；2 北京信息科技大学计算机学院网络工程系，北京100101)摘要：针对移动IP网络中三角路由算法效率不高，导致移动网络性能难以达到最优的问题，提出了一种基于PSO和共轭梯度法的移动IP路由优化方案。
首先利用“粒子”来取代网络节点中的路由选择表，将IP网络和粒子群算法联系起来，研究将粒子群算法用于求解移动IP路由选择当中的最短路径，针对粒子群算法早熟收敛和局部搜索能力不足的缺陷，引入局部搜索能力强的共轭梯度算法对其进行优化，从而有效提高找出移动IP最短路由的速度。
仿真结果表明了该算法的有效性。
关键词：移动IP；粒子群算法；共轭梯度法Route Optimization in Mobile IP based on Particle Swarm Optimization andConjugate Gradient MethodWu Bo-qiao1 Chen huan-wen1 Liu Xue-fei2 Guo Deng-ke1(1 Computer Department, Hunan V ocational Institute of Information Technology, Changsha 410200；2 Network Engineering Department of Computer School of Beijing Information Science and TechnologyUniversity, Beijing 100101)Abstract：In view of mobile IP network in which the efficiency of the existing triangular routing algorithm is not effective and its networks performance can’t achieve optimal. Route optimization in mobile IP based on swarm optimization and conjugate gradient method is proposed. First, by replacing the network nodes in the routing table with particles and combing the IP network with particle swarm algorithm, particle swarm algorithm is used to solve the shortest path routing. for the particle swarm algorithm has the characteristics of premature convergence and defects in local search capabilities, the conjugate gradient with strong local search ability is used to optimize, which can effectively find the shortest route of mobile IP. Simulation results show the effectiveness of the algorithm.Key words：Mobile IP; particle swarm optimization algorithm; conjugate gradient1 引言移动IP(MIP)是一种对IP移动性提供支持的协议，能够使移动主机，借由家乡代理和外地代理，直接向通信主机发送数据包。
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基于GA-PSO算法的ZigBee自组网最佳路由选择王飞;王能河;张琼英;瞿少成;颜炯【摘要】为进一步提高ZigBee自组网的网络性能,对ZigBee自组网和路由算法两方面进行研究.利用ZigBee技术构建网络,在路由路径更新时综合考虑网络节点能量均衡和收敛速度,采用改进遗传算法搜索到全局较优解,并利用粒子群优化算法从中快速找到最优解的最佳路由路径.基于NS2的仿真结果表明,与经典AODVjr 路由算法和基于遗传算法的路由算法相比,混合遗传粒子群优化算法可延长网络的生命周期,减小网络延时,提高ZigBee网络的整体性能,更适合规模较大的复杂网络.%To further improve the networking capability of ZigBee Ad Hoc network,this paper researches ZigBee Ad Hoc network and its route algorithms.Firstly,a network is created by the ZigBee technology.Then,the energy balance of network nodes and the convergence rate are taken into account when the network updates its routing path.Finally,an improved Genetic Algorithm(GA) is applied to search the global better solution,and a Particle Swarm Optimization(PSO) algorithm is adapted to quickly search the global optimal solution.Simulation results in NS2 show the superiority of GA-PSO algorithm in network lifetime and propagation delay by comparing with traditional AODVjr route algorithm and the route algorithm based on GA.It is more suitable for the larger complex network.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2017(043)007【总页数】5页(P75-79)【关键词】ZigBee自组网;物联网;遗传算法;最佳路由;粒子群优化算法【作者】王飞;王能河;张琼英;瞿少成;颜炯【作者单位】华中师范大学物理科学与技术学院电信系,武汉430079;华中师范大学物理科学与技术学院电信系,武汉430079;华中师范大学物理科学与技术学院电信系,武汉430079;华中师范大学物理科学与技术学院电信系,武汉430079;国网湖北省电力公司经济技术研究院,武汉 430077【正文语种】中文【中图分类】TP393中文引用格式：王飞,王能河,张琼英,等.基于GA-PSO算法的ZigBee自组网最佳路由选择[J].计算机工程,2017,43(7):75-79.英文引用格式： Wang Fei,Wang Nenghe,Zhang Qiongying,et al.Optimal Routing Selection in ZigBee Ad Hoc Network Based on GA-PSO Algorithm[J].Computer Engineering,2017,43(7):75-79.随着“互联网+”行动计划的开展,物联网的作用也越来越被重视,该领域中无线传感器网络逐渐成为研究的热点和发展趋势,而ZigBee技术以其强大的自组网能力及低功耗、低时延等显著优势,被广泛地应用于物联网中,实现万物联网,这对智能家居和未来加强城市规划建设管理“推广街区制,逐步打开封闭小区和单位大院”后的安防也将发挥重大作用[1]。
路由算法是复杂网络中的关键技术之一,其中ZigBee无线传感器网络支持的经典路由算法有Cluster-Tree算法和AODVjr算法。
针对节点收发消息损耗能量问题,文献[2]利用CLUSTERPOW协议并根据节点传输距离的不同,分为3种等级功率来处理,每个节点分别为3个功率等级维护一个路由列表,从而实现节点能量的均衡。
为减缓网络中节点死亡速度,文献[3]采用一种基于负载均衡的ZigBee动态路由优化算法,通过定向发送RREQ分组减少网络风暴,设定能耗平衡代价,利用簇保护机制延长了网络的生存时间。
针对节点负载不均而产生的问题,文献[4]综合考虑距离和剩余能量2个因素,为减少节点转发的任务,提出将网络动态非均匀分区的分布式成簇路由协议。
为进一步提高ZigBee自组网的网络性能,本文在上述研究的基础上,采用分区成簇协议、簇首竞争轮换机制和适合复杂网络的路由算法,使ZigBee技术可适用于较大的复杂网络。
通过综合考虑网络节点能量均衡和收敛速度2个方面因素[5],在组网中选用层次型路由,引入邻居表,根据对网络节点剩余能量和所处网络深度的判断,实行簇首竞争轮换机制。
在通信过程中,若路由表没有最佳路由,则利用遗传算法[6]的全局搜索能力,在所有链路中找到较优解,通过收敛速度快的粒子群算法对其进行优化[7],从而在簇内节点间通信与簇首间通信时快速找到最佳路由路径。
本文利用CC2530射频主控芯片搭建ZigBee网络的硬件电路,采用TI公司的Z-Stack协议栈,主要操作网络层、应用支持子层、ZDO层、应用层,实现ZigBee网络的初始化、组建网络、节点加入管理等,构成ZigBee自组网[8]。
具体工作流程如图1所示。
在构建ZigBee自组网时,将协调器的地址设置为0000,式(1)表示第d层的路由器节点为其子节点分配的地址,若第d层路由器子节点的短地址为Ap,则分配给它第i 个路由器子节点和第j个终端子节点的地址[9]分别满足式(2)和式(3)。
Ai=Ap+(i-1)·Cskip(d)+1Aj=Ap+Rm·Cskip(d)+j其中,Lm表示网络的最大深度;Rm表示一个父节点拥有的路由器子节点最大数目;Cm表示一个父节点拥有子节点最大的个数。
在本文研究中,无线传感网络采用800个节点,根据以上“深度换取宽度”的地址分配方法,综合考虑地址空间和端时间延迟[10],相关参数设置为Rm=4,Cm=4,Lm=7。
2.1 自组网中改进的簇树型分层结构在ZigBee自组网中,随着路由节点数的增加,网络的复杂程度会急剧增大,采取簇树型分层结构能有效地克服复杂网络中广播风暴和能量浪费等问题[11]。
因为在传统的簇树型分层结构的网络中,簇首需要转发其子节点的消息,还要与其他簇首通信,所以簇首的能量消耗最快,容易过早、过快死亡,从而导致网络路由不断恶化,增大端到端的时间延迟,减小网络的生命周期。
针对这一缺陷,本文实行簇首竞争轮换机制,一旦协调器收到簇首剩余能量Power小于簇首能量的警告值E(E设置为所有簇首节点平均能量的一半)时,就会发布簇首竞争消息,并通过对网络路由节点剩余能量和所处网络深度的判断,利用簇首竞争轮换机制筛选出新的簇首,此时,被替换的簇首变为新簇首的子节点继续工作,在一定时间内仍然可以保持网络原有结构的完整性。
簇首竞争轮换流程如图2所示。
2.2 ZigBee网络中路由节点间的通信在ZigBee网络中,所实行的簇首竞争轮换机制可以延长节点的生命周期,保护网络结构的完整性,而在网络中路由节点之间通信时,快速找到最佳路由路径将会进一步改进ZigBee网络的性能。
利用AODVjr算法按需建立路由的灵活查找功能,可以改善协议的搜索效率,但容易引起洪泛效应并增加网络的能耗[12]。
若利用GA算法的全局搜索能力,在所有的路径中找到最优的路由路径,能够有效地克服AODVjr 算法所存在的不足,但由于GA算法在搜索最优解达到一定精度时的收敛速度较慢,端到端的时间延迟还是较大。
针对以上情况,本文在ZigBee网络路由节点间相互通信的过程中,选用混合遗传粒子群优化(Genetic Algorithm-Particle Swarm Optimization,GA-PSO)算法,以改善网络最佳路由路径的搜索能力。
当网络簇树型分层结构确定后进行通信时,如果路由表中存在当前最佳路由路径,则按照最佳路由通信,否则采用GA算法在大量的路由路径中按照设置好的比例找出较优解,然后利用PSO算法[13]快速收敛的优势来克服GA算法时延较大的缺点,对较优解进一步优化,最后快速搜索到全局最佳路由。
结合遗传算法的全局搜索能力和粒子群优化算法快速收敛性等优点,文献[14]研究了基于遗传算法与粒子群算法的混合算法,用以解决非线性优化问题。
本文结合ZigBee自组网对最佳路由的搜索过程中所存在的具体问题,将遗传算法和粒子群算法的优点应用于ZigBee自组网最佳路由的研究中,采用混合遗传粒子群算法(GA-PSO)对ZigBee网络进行优化,在搜索最佳路由的过程中,不仅提高了搜索速度,同时还避免了算法陷入局部最优解,从而快速精确地搜索到全局最佳路由。
针对一个较复杂的ZigBee自组网,将网络中的路由节点随机分布在x×y的区域内,将源节点到目的节点组成的m条路由路径看作遗传算法中种群拥有的m个个体,每个路由节点的初始能量为E0。
GA-PSO融合算法实现步骤如下:1)当系统重启时,初始化网络路由所有节点并对网络路由节点进行簇树型分层结构划分,若簇首剩余能量小于警告值,则采用簇首竞争轮换机制建立新的簇首。
2)在ZigBee网络通信时,如果需要搜索网络中的最佳路由,则设置GA算法的相应参数,其中初始种群是由网络的节点总数、节点随机深度和能量大小生成的,根据交叉概率和变异概率对节点所组成的路径进行交叉、变异操作。
3)个体按适应度函数计算各自的适应值,并且根据适应值的大小从大到小对个体进行排序,选择适应度大的个体进行遗传操作。
4)若满足遗传代数条件,则筛选出适应值排在前10%的优秀个体进入步骤5),否则继续步骤3)。
5)初始化PSO算法的参数,利用PSO算法对步骤4)筛选出的较优解进行优化,根据PSO算法计算第i个粒子当前自己适应值最大的位置Pb和粒子群当前所有粒子适应值最大的位置Pg,并通过自己学习和相互分享来更新最佳路径。
6)若达到最大迭代次数,则输出全局最优解,否则继续步骤5)。
GA-PSO融合算法的工作流程如图3所示。