基于ZigBee的无线传感器网络路由研究与设计

无 线 通 信 技术 ，由于 其 拥 有 低 成 本 、低 功 耗 、低 复 杂
度 、网络 容量 大 、可 靠性 高 等特 点 ．在 实 际应用 中有 显 著 的优势嗍 。本 设计 主要 应用于擦 窗机 钢丝绳 安全性 能的
终 端节 点 可 以 由 Ｆ Ｄ设 备 也可 以 由 Ｒ Ｄ设 备 担 任 ，但 Ｆ Ｆ
若 新加 入 的节 点 为 Ｆ Ｄ节 点 ．并 且 为 其 的 第 Ｋ个 Ｆ
Ａ ＝ ｐ ｌ Ｃ ｖｄ ｘ ｋ １ ， ｋ Ｒ ｋ Ａ ＋ ＋ ￣（ ） （ 一 ） １ ≤ ｍ （） ５
～、一 ～～ 一～二 ：：≮』 ～ 、 … 一 、 一： ：二 一～＼ 一 ≥ ～一： 、＿ ～、 Ｉ 一 ／～
担任 。无 线 传感 器 网 络 中常用 的两 种路 由算 法 为 Ａ ． ＯＤ
Ｖｒ Ｃｕｔｒｔ ｅ算法 。 ｊ 和 ｌｓ —ｒ ｅ ｅ
１１ ＯＤ ｒ ． Ａ Ｖ＿算法
Ａ ｄｊ 算 法是 在 Ａ Ｄ Ａ — ｏ ｎ Ｄ ｍａ ｄＤｓａｃ ｏｖｒ Ｏ Ｖ（ ｄ ｈ ｃｏ — ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ
Ｖ ｃｏ ｕｉｇ 路 由算 法 的基 础 上 ，考 虑 无 线传 感 器 网 ｅｔｒ ｔ ） Ｒｏ ｎ 络 节 能 和应 用方 便 等 特点 进 行 的 改 进 ，简化 了 一 些 功
能 ，但是 其原 始功能 仍然 保持 。
作 者 简 介 ：吴 玉厚 （ ５ ～ ， 男 ，教 授 ，博 士 ，博 士研 究 生 １ ５） ９
（ｃ ｏ ｌ ｆ ａｉ ｎ ｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇＳ ｅｙ ｎ ｉｎｈ ｉｖｒｉ ，ｈ ｎ ａ ｇＬａｎｎ １０ ６ ，Ｃｈｎ ） Ｓｈ ｏ Ｔｒｆｃａ ｄＭ ｃ ａｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ，ｈ ｎ ａ ｇＪ ｚｕ Ｕｎ ｅｓｙＳ ｅｙ ｎ ｉｏ ｉｇ １ １ ８ ｏ ｎ ａ ｔ ｉａ
要 ．从 而 减 少 广 播 分 组 的 数 目。 通 过 ＮＳ ２仿 真 软 件 验 证 其 可 行 性 。
关键 词 ：无线传 感 器 网络 ；Ｚ ｇ ｅ 由协议 ；ＮＳ ；节 点能耗 测试 ｉＢ ｅ路 ２
中 图 分 类 号 ：Ｔ ｌ Ｐ８ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｉ ０３ ６ ／．ｓ．０ ２ ６ ７ ． １．３０ ６ ｏ： ．９ ９ ｉｓｎ１０ — ６ ３２ ２０ ． １ ｉ ０ ４
ｐｒｎ— ｈ ｄｒｌｔ ｎｈｐｏ ｅｎ ｄ ｅ ｏｋ ｔ ｅｅｍｉｅｗｈ ｔｅ ｅＲＲＥＱ ａｋ ｔ ｉ ｎ ｃｓ ｒ ｒａ ｃｓ ｎ ａ ｈ ｏ ｅ，ｈ ｒｂ ａｅ ｔ ｃ ｉ ｅ ｉ ｓｉ ｆ ｈ ｏ ｅｉ ｎｔ ｒ ，ｏｄ ｔｒ ｎ ｅｈ ｒｔ ｌ ａｏ ｔ ｎ ｗ ｈ ｐ ｃ ｅｓｓ ｅｅｓ ｙｔ ｂｏｄ ａｔ ｅｒｔｅｎ ｄｓ ｔｅｅ ｙ ａ ｏ
医疗 应用 、智 能家居 和军 事应用 等 方面 有着 广 阔的应 用 前景 ［］ ｉ ｅ １。Ｚｇ ｅ技术 是基 于 Ｉ Ｅ ８ ２１ ． 准 的短距 离 － ３ Ｂ Ｅ Ｅ ０ ．５４标
起 和路 由功能 的协调 器必 须 由 Ｆ Ｄ设备 担任 。而具 有足 Ｆ
够存 储空 间 和执 行相 应路 由 功能 的路 由器 也必 须 由 Ｆ Ｄ Ｆ 设备 担任 ，而在实 际应 用 中实现 数 据采 集等 监测 操 作 的
第 ２ ５卷 第 ３期 ２ １ ０ ２年 ５月 文章 编 号 ：１０ — ６ ３ （０ ２ ３ １３ ０ ０２ ６ ７ ２ １ ）０ — １－ ３
Ｄ ｖＪ ｐ ｎ ＆ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉｅｙ ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃｌＰ ｏ ｕ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｆＭａ ｈ ｎ ｒ ｏ ｌｃｒ ａ ｒｄ ｃｓ ｉ
导 师 。主 要 从 实工程 陶 瓷材 料 加 工研 究 。
１３ １
・
测 试 与控 制 ・
一
次路 由建 立 由路 由发现 、反 向路 由建 立 、正 向路 Ｉ 当 网络 中 的 节 点 允 许 一 个 新 的 节 点 通 过 它 加 入 到 网 络 中
由的建立三个步骤组成围 ，如图 １ 所示 ， 经过这三个步骤后 Ｉ 的时候 ，它 们之 问就 形成 了父子关 系 ，此 时它 会得 到一
ｒ ｕ ｎ ｒ ｔ ｃ ｌ ｓｏ ｆｉｓｋ ｙ ｔｃ ｏｏｇｅ ｓｒ ｃ ｎ ｌ ｅ ｔ ｄ ｅ ｘｅ ｓｖ ｌ Ｉ ｄ ｒｔ ｅ ｕ ｅｅ ｒ ｙ ｃ ｎｓ ｏ ｔ ｇ ｐ ｏ ｏ ｏ ｎｅｏ ｅ ｅ ｈｎ ｌ ｉｓｈａ ｅ ｅ ｔ ｂｅ ｎ ｓｕ ｉｄ ｅ ｔ ｎ ｉｅｙ． ｎ ｏｒｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｎｅｇ ｏ ｕｍｐ ｏ ｎ ａａ ｃ ｔ ｉ ａ ｔ ｙ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｂ ｎ ｅｎｅ－ ｌ
功能设 备 （ｕｌ ｕ ｃｉｎＤ ｖｃ ，Ｆ 和精简功 能设 备 （ ｅ Ｆ ｌＦ ｎ ｔ ｅｉｅＦ Ｄ） ｏ Ｒ．
ｄ ｃｄＦ ｎ ｔ ｎＤ ｖｃ ， Ｆ 。 Ｚｇ ｅ ｕ ｅ ｕ ｃｉ ｅｉｅ Ｒ Ｄ） ｉＢ ｅ网 络 中 进 行 组 网 发 ｏ
为无线 传感 网络 中 的一 新兴 技 术方 案 ，其 在 工业 监 测 、
出于 成本 及 能 耗 方 面 的考 虑 ，终端 节 点 多 由 Ｒ Ｄ设 备 Ｆ
监测 ，擦 窗机 作为 高空作业 平 台 ，其安 全监 测得 到 了很 多 的关 注 ，钢丝 绳作 为擦 窗机 最重 要 的安全 部 件 ．对 其
性 能的监 测显 得尤 为重要 。
收稿 日期 ：２ １ — ３ ２ ０ ２ ０— ９ 基金 项 目 ： 十 二 五 ” 国 家科技 支撑 计 划 （０ １ Ａ ０ Ｂ ７ “ ２ １Ｂ Ｊ２ ０ ）
ｒ ｕ ｇ ｐ ｏｔ ｏ，ｄ ｐ ｎ ｉｇ ｏ ｈｅ ｄｆ ｒｎｔｄｒ ｃｉ ｓｏ ａａｐａ ｋ ￣ ｓｎ ，ｓ ｌｃ ｈ ｏｒｅｐｏ ｄｎｇ ｒ ｕｔ ．Ｉ ｄ ｔｏ ｏ ｄｎ ｒ ｏｃ ｌ ｅ ｅ ｄｎ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉｅ ｔ ｉ ｏｎ ｆｄ ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｅｅ ｔｔｅ ｃ ｒ ｓ ｎ ｉ ｏ ｉ ｎｇ ｎ ａ ｄ ｉｎ，ａ ｃ ｒ ｉ ｏ ｈｅ ｉ ｃ ｏ ｄｎｇ ｔ ｔ
ｒｄ ｅ ｔｅ ｎ ｍ ｂ ｒｏ ｒ ａ ａｔｐ ｃ ｅ ｅ ｕｃ ｈ ｕ ｅ ｆｂ ｏ ｄｃｓ ａ ｋ ￣．Ｔｈｅｆａｉｉｔ ｓｖｅ ｆ ｄ ｖａＮ Ｓ ｉ ｕａｉｎ ｓｆｗａ ｅ ｅ ｂｌｙ ｉ ｓ ｉ ｒｉ ２ ｓ ｉ ｅ ｉ ｍ ｌｔｏ ｏｔ ｒ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｗ ｉｅｅｓｓｎｓｒｎｅ ｏ ｋ； ＺｉＢｅ ｏ ｎｇｐ ｏｔｃ ｌ Ｎ Ｓ ｒ ｌｓ ｅ ｏ ｔ ｒ ｗ ｇ ｅｒ ｕｄ ｒ ｏ ｏ ； ２； Ｎｏｄ ｎ ｒ ｏ ｓ ｍ ｐ ｏ ｅｔ ｅｅ ｅ ｇ ｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ｔｓ ｙ ｉ
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￡ 目 节 ， 的 点
Ａ ＝ ｐ Ｃ ｏｄ × ｍ＋ ， ｎ Ｃ Ｒｍ ｎ Ａ ＋ ￣ （ ） Ｒ ｎ １ ｍ—
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（） ４
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ｆ
ｉ
：
即可建立起一条路由节点到目的节点的有效传输路径。 个 由父 节点 分配 的在 这个 网络 中唯一 的 网络 地 址 。假设 ｛
此算 法 在于选 取最 优路 劲进 行 数据包 的传 递 ．但是 其 单 ： 父 节 点 Ｋ 的深 度 为 ｄ，地 址 为 Ａ 。如果 新 加 入 的节 点 ｐ
Ｒｅ ｅ ｃ ｎｄ Ｄｅ ｉ ｎ ｆＷ ｉｅ ｅ ｓ Ｓｅ ｏ ｔ ｒ Ｒｏｕ ｉ ｓ ｄ ｏ ｔ ｇ ｅ ｓ ａｒ ｈ ａ ｓｇ ｏ ｒ ｌｓ ｎｓ ｒ Ｎｅｗｏ ｋ ｔｎｇ Ｂａ ｅ ｎ ｈｅ Ｚｉ Ｂｅ
Ｕ － ｕ，ＬＩ Ｈｏ － ｉ ＣＨＥＮ ｉ ｈ ｎ Ｙｕ Ｈｏ Ｕ ｕ Ｚｈ ， Ｓｈ－Ｚ ｏ ｇ，Ｌ１ Ｗｅ — ｎ Ｕ ｉ Ｄｏ ｇ，ＳＵＮ ｎ Ｙｉｇ
～ ～
～
Hale Waihona Puke 、 ～卜 — —一
一
～
乎 目 节 的点
Ｑ （ ｉ ｕ ｌｙ ｎ ｃ ｏ 值 ｎ ｉ ｄ ａ ｒ Ｑ ｌ 理 层 提 供 的 Ｌ Ｉ Ｌ ｋＱ ａ ｔ Ｉ ｉ ｔ ） ，Ｌ Ｉ的 值越
ｆ
（路 堆 ２ 由 护 ）
图 １ Ａ Ｄ ｊ 运 行机 制 Ｏ Ｖｒ
个节点需要具备路由表 ，整体的路由代价很高。
源点 节Ｉ
一
一 一 一
１ 为 Ｒ Ｄ节 点 ，并 且该 节 点是 其 父节 点 的 第 ｎ个 Ｒ Ｄ节 Ｆ Ｆ
｝ 点 ，则 为其分 配 的网络地 址为 ：
ｌ
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一 一一 ！ Ｂ！
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一 一 旦 ．
～ ～
机 电 产 品 开簋 与钏 新
Ｖｏ１ ， ． ． Ｎｏ３ ２５ Ｍａ ． ｙ． ２ ２０１
基于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ的无线传 感器 网络路 由研究与设计
吴 玉 厚 ，刘 厚 志 ，陈 士 忠 ，刘 伟 东 ，孙 莹
（ 阳建 筑 大 学 交 通 与 机 械 工 程 学 院 ，辽 宁 沈 阳 Ｉ０６ ） 沈 １ １８
ｗｏｋ ｐｙ ｅｐ ｎｅ，ｔｉ ａ ｐ ｃｔ ｎ ｈ ｓｉ ｒｖ ｄｔｅｅｉ ｉｇ Ｚｇ ｅｒｕ ｎ ｒｔｃ １Ｕｓ ｇａｃ ｍｂｎｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｘ ｅ ｓｓ ｈｓ ｐ ｈａ ｏ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｘｓｎ ｉＢｅ ｏ ｔ ｇｐｏｏ ｏ． ｉ ｏ ｉａｉ ｆＡＯＤＶ ｒａｄ Ｃｌｓ ｒ ｔｅ ｉ ｈ ｔ ｉ ｎ ｏ ｊ ｎ ｕｔ — ｒｅ ｅ
Ｏ 引 言
无线 传感 器 网络近些 年 随着其 技术 的不 断成 熟 和研 究 的深 入 ，在 实 际应用 中得 到 了很快 的 发展 ，Ｚｇ ｅ ｉ ｅ作 Ｂ
１ 无 线传 感 器 网络 路 由协 议
在 Ｉ Ｅ ８ ２１ ． Ｅ Ｅ ０ ． ４协议 中定 义 了两种 设备 ，分 别 是全 ５
Ａ ｓｒ ｃ： ｒｌｓｓｎｏ ｅｗｏｋ ｓ ｂｅｔ ｅｒａ ｔ ｎｔｒ ｇ ｓｎｉｇａｄｇｔｅｉｇａｖｒ ｔ ｆｅｖｒｎ ｎａ ｏ ｊｃｓ ｎｏｍａｉｎ ｂ ｔａｔ Ｗｉ ｅｓ ｅ ｓｒ ｔ ｒｓ ｌ ｂ ｅ — ｉ ｍｏ ｉ ｉ ，ｅ ｓ ｎ ａｈ ｒ ａｉｙ ｏ ｉ ｍｅ ｔ ｂｅｔ ｆｒ ｔ ， ｅ ｎ ｉａ ｏ ｌ ｍｅ ｏｎ ｎ ｎ ｅ ｎ ｏ ｌ ｉ ｏ
～ ～
（ 路 由堆 护 ｌ ｂ）
消 息
ｌＦ ｆＦ Ｄ子节 点 ，则 其父 节点将 为其 分配 的 网络 地址 为 ：
Ｚｇ ｅ ｉ ｅ中 的 路 由 度 量 指 标 需 要 考 虑 Ｉ Ｅ ８ ２１ ． Ｂ Ｅ Ｅ ０ ． ４物 ５
． 、
一
～
一
～
一． ＼ ．
源 属 ——— （ 矿 — —＿ 一 节 —一 — — ＿ｔ ——
摘
要 ：无线 传感 器 网络 能够 实 时地监 测 、感 知和 采 集 多种 环境 对 象 的信 息 ，路 由算 法作 为其 关键 技 术之
一
。
最近得 到 广泛 的研 究。本 应 用为 了降低 能耗 ，均衡 网络 的 开销 ，对原 有 Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ路 由算法 进行
了改进 。 采 用 ＡＯＤＶｉ和 Ｃｌｓ ｔ ｅ 由算 法相 结合 的方 式 ，根 据数 据 包发 送 方 向的不 同 ，选 择对 ｒ ｕ—ｒ 路 ｅ 应 的路 由方 式 ．另外根 据 网络 中节点 的父子 关 系 。确 定 Ｒ Ｌ Ｑ 分 组是 否有在 本 节 点 附近 广播 的必 ＡＥ
消 息
Ｊ 高表 示链路 质 量越 好 ，当存 在两 条相 同跳 数 的最短 路 径
１ 时 ，节点 优先 选择 Ｌ Ｉ Ｑ 值较 高 的那条 路 径发 送分组 。若 ： 路 径 中 断 ，节 点 经 发 起 本 地 修 复 过 程 修 复 路 由 。