【正文】 ...................... 42 第三節(jié) 本章小結(jié) ....................................................................................................................... 45 第四章 基于路由發(fā)現(xiàn)過程的 AODV 路由改進(jìn)方案 .................................................................. 46 第一節(jié) 改進(jìn)方案的思想 ......................................................................................................... 46 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 一、增加反向 RREQ .......................................................................................................... 46 二、增加備用路由表 .......................................................................................................... 50 第二節(jié) 改進(jìn)方 案的優(yōu)勢 ......................................................................................................... 53 第三節(jié) 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 53 第五章 AODV 路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與測試 ....................................................................................... 54 第一節(jié) 驗(yàn)證與測試環(huán)境的搭建 ............................................................................................. 54 第二節(jié) AODV 路由協(xié)議的測試 ............................................................................................ 55 第三節(jié) 測試結(jié)果分析 ............................................................................................................. 57 第四節(jié) 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 58 結(jié) 論 ................................................................................................................................................ 59 致 謝 ................................................................................................................................................ 60 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 61 附 錄 ................................................................................................................................................ 62 一、英文原文 ...................................................................................................................... 62 二、英文翻譯 ...................................................................................................................... 74 三、工程設(shè)計(jì)圖紙： .......................................................................................................... 85 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的逐步推廣， ZigBee 技術(shù)憑借其低功耗、低成本、短時延、高可靠性等諸多優(yōu)勢得到了越來越多的關(guān)注。 同時， ZigBee 技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、汽車上、智能家居、道路監(jiān)測、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域也已取得初步的成就。目前，對 ZigBee 技術(shù)的研究也有一定的深度，主要有安全和能量兩方面的問題。相對于國外比較早的研究，中國目前對 ZigBee 技術(shù)的研究還處于起步階段，與國外的差距比較大。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層的作用是保證 MAC 子層的正常工作，并為應(yīng)用層提供合適的接口。 其網(wǎng)絡(luò)層分為數(shù)據(jù)實(shí)體和管理實(shí)體，其中管理實(shí)體是網(wǎng)絡(luò)層的核心，主要完成配置新設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)建立及維護(hù)、路由實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)收發(fā)控制等任務(wù)。 AODV 是一種應(yīng)用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。它 源節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送請求時并不執(zhí)行。在路由發(fā)現(xiàn)過程中首先檢查路由表中是否存在從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由，若存在則直接進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，若不存在，則廣播 RREQ 分組進(jìn)行尋找并建立路由。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到第一個 RREQ 分組時，立即回復(fù) RREP 分組給源節(jié)點(diǎn)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到 RREP 分組時，便沿著 RREP 的路徑建立了一條到目的節(jié) 點(diǎn)的路徑，然后通過此路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)分組失敗的時候便廣播一個 RRER 分組，以此來告知源節(jié)點(diǎn)路徑斷開，源節(jié)點(diǎn)收到 RRER 之后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存入緩存，并重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的過程，直到新的路由路徑建立起來的時候，才將緩存中的數(shù)據(jù)依次發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)大多采用電池供電，特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)分布的環(huán)境比較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)數(shù)量繁多的時候，更換電池很難的情況下，如何保證網(wǎng)絡(luò)存在周期最長，節(jié)點(diǎn)功耗降到最低就顯得尤為重要。 同時，如何才能減小丟包率，這個問題也很重要。本文分析了一種基于 AODV 路由發(fā)現(xiàn)的 改進(jìn)方案，通過增加反向的 RREQ 分組及建立備用路由表，可以有效的 減小 AODV 路由算法中路由發(fā)現(xiàn)過程中的 RREQ 洪泛轉(zhuǎn)發(fā)帶來的網(wǎng)絡(luò)阻塞，及路由失效帶來的數(shù)據(jù)丟失問題。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 緒論 第一節(jié) 選題 背景 一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述 無線傳感網(wǎng)（ WSN， Wireless Sensor Network） ， 是由傳感器、數(shù)據(jù)處理單與及通信模塊構(gòu)成的。傳感器是隨機(jī)分布的，組網(wǎng)方式是自組織。無線傳感網(wǎng)通過嵌入在內(nèi)部的各種傳感器來實(shí)現(xiàn)對所需要的信息的采集，比如溫度、濕度、光強(qiáng)、土壤中營養(yǎng)成分的濃度等 [1]。 無線傳感網(wǎng) 的一般都采用 短距離的無線低功率通信技術(shù) 來實(shí)現(xiàn)通信。 表 列舉了無線傳感網(wǎng)絡(luò) 中 幾種常用的無線通信技術(shù) [2]。 表 幾種短距離無線通信技術(shù)的比較 規(guī)范 工作頻段 傳輸速率 （ Mbps） 最大功耗 傳輸方式 連接設(shè)備數(shù) 主要用途 ZigBee 868/915MHz , 1~3nW 點(diǎn)對多點(diǎn) 162 ~ 642 家庭網(wǎng)絡(luò)、控制 網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò) 紅外 820mm , 幾 個 mW 點(diǎn)對點(diǎn) 2 透明可見范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，近距離遙控 DECT ~ 1152 幾個 mW 點(diǎn)對多點(diǎn) 12 家庭語音與數(shù) 據(jù)無線連接 HomeRF 1,2 100pW 點(diǎn)對多點(diǎn) 127 家庭無線局域 網(wǎng) 藍(lán)牙 1,2,3 1~100mW 點(diǎn)對多點(diǎn) 7 個人網(wǎng)絡(luò) 11 100mW 點(diǎn)對多點(diǎn) 255 無線局域網(wǎng) 6,9,12,18,24,36 100mW 點(diǎn)對多點(diǎn) 255 無線局域網(wǎng) 54 100mW 點(diǎn)對多點(diǎn) 255 無線局域網(wǎng) RFID 無需供電 點(diǎn)對點(diǎn) 2 超市、物流管理 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 在 軍事、環(huán)境檢測和預(yù)報、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間管理，以 及機(jī)場、大型工業(yè)園區(qū)的安全檢測等方面都得到了廣泛的應(yīng)用， 吸引了來自政府部門、軍方、 企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，成為目前工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一 。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線傳感網(wǎng) 將逐漸深入到人類生活的各個 領(lǐng)域 [3]。 無線傳 感網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模、無線、自組織、多跳、無分區(qū)、無基礎(chǔ)設(shè)施支持的 特點(diǎn) ，其節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的、低成本的、體積較小、不移動，被隨意的撒布在工作區(qū)域。無線傳感網(wǎng)絡(luò)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常為小量的突發(fā)信號， 這一類信號的特征是 數(shù)據(jù)量小、傳輸速率低， 但是 需要實(shí)時傳送 。由于系統(tǒng)所使用的設(shè)備一般是電池供電的嵌入式設(shè)備，所以無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸 要求傳輸設(shè)備具有成本低、功耗小的特點(diǎn)。 傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)基本都能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，但是由于設(shè)備成本高、能耗高、體積比較大等諸多問題，使得人們正在尋找一種低成本、小體積、低能耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線 通信技術(shù)。在 2021 年，由 英 mInvensys 公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司及荷蘭飛利浦公司共同組成 ZigBee 技術(shù)聯(lián)盟，共同研究開發(fā) ZigBee 技術(shù)。 ZigBee 技術(shù)是目前 唯一面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ，它是 該 技術(shù)的迅速發(fā)展的產(chǎn)物 。 ZigBee 的目標(biāo)是建立一個 “ 無所不在的傳感器網(wǎng)絡(luò) ” (Ubiquitous Sensor Network)[3]。 二、 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)概述 ZigBee 是基于 標(biāo)準(zhǔn) 的，在此基礎(chǔ)上，只 定義了物理層和 MAC 子層 。 ZigBee 聯(lián)盟 又在物理層和 MAC 的基礎(chǔ)上 擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)層（ NWK， Network Layer ）和應(yīng)用層框架。 ZigBee 的體系結(jié)構(gòu)如圖 所示 [3]。應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層（ APS， Application Support Sublayer ）、 ZigBee 設(shè)備對象（ ZDO,ZigBee Device Object）以及設(shè)備商自定義的醫(yī) 用組件。 如下圖描述了ZigBee 網(wǎng)絡(luò) 的體系結(jié)構(gòu)圖。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 應(yīng) 用 框 架 層網(wǎng) 絡(luò) 層M A C 層物 理 層I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4Z i g B e e 協(xié) 議 圖 ZigBee網(wǎng)絡(luò) 的體系結(jié)構(gòu) 基于 ZigBee 協(xié)議組建的無線網(wǎng)絡(luò)，一般稱之為 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。它主要有以下特點(diǎn) [4]： ① 功耗低：這是 ZigBee 的最重要的特性。設(shè)備的發(fā)射 功率在 以下。并且由于 ZigBee 具有能量檢測及鏈路質(zhì)量指標(biāo)的能力， 這樣 設(shè)備 就可以 根據(jù)這些檢測的結(jié)果對發(fā)射功率進(jìn)行自動調(diào)整， 從而實(shí)現(xiàn) 在保障鏈路質(zhì)量的前提下最大限度的降低設(shè)備的能 耗。同時， MAC 層采用 的 休 眠機(jī)制使 得 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中國的節(jié)點(diǎn)在 中斷 過程中 非常省電， 從而使得 一般節(jié)點(diǎn)的電池工作時間 都 可以 達(dá)到至少 半年 ，最長的電池工作時間甚至可以達(dá)到 兩年。 ② 通信距離近： 由于 ZigBee 節(jié)點(diǎn) 的發(fā)射功率 低 ， 因此限制 其相鄰節(jié)點(diǎn)的通信距離 在 20~100m 的范圍內(nèi) 。不過可以通過節(jié)點(diǎn)的傳遞通信來增加傳輸?shù)木嚯x。 ③ 低成本：由于 ZigBee 協(xié)議簡單從而降低了對控制器 及 存儲空間 的 要求 ，并且 ZigBee 協(xié)議是可以免費(fèi)使用的，故從總體上來講， ZigBee 技術(shù)的成本低。 ④ 低數(shù)據(jù)傳輸速率： ZigBee 工作在不同的頻段下， 傳輸速率都比較 低，868MHz 頻段下則只有 20 kbps， 91． 5MHz 頻