【正文】 耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6個(gè)月以上；⑵成本低，因ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以成本很低；⑶網(wǎng)絡(luò)容量大，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備；⑷工作頻段靈活，、868MHz(歐)及915MHz(美)，均為免執(zhí)照頻段。當(dāng)然這只是個(gè)傳說，不過也是一個(gè)對(duì)于低功耗、低成本、傳輸速率低的新無線通信技術(shù)及其所組成的無線網(wǎng)絡(luò)很好的比喻。l 工作內(nèi)容運(yùn)用NS2（network Simulator version 2）網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，仿真ZigBee路由協(xié)議，通過對(duì)CLUSTERTREE路由算法和AODVjr路由算法在不同發(fā)包間隔下的平均延時(shí)、丟包率和控制包數(shù)量模擬，獲得仿真結(jié)果。同年在美國《商業(yè)周刊》的“未來技術(shù)”專版中，專家認(rèn)為傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠跟蹤各種動(dòng)態(tài)事務(wù)，能夠極大擴(kuò)充互聯(lián)網(wǎng)功能，而將無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)預(yù)測(cè)為全球未來的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。無線傳感網(wǎng)絡(luò)感念一經(jīng)出現(xiàn)，就引起了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布在一個(gè)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的具有無線傳輸功能的傳感器節(jié)點(diǎn)所組成的面向查詢?nèi)蝿?wù)的無線自助網(wǎng)絡(luò)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝ZigBee路由協(xié)議分析及仿真實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract II目錄 III1 緒論 1 背景介紹 1 課程設(shè)計(jì)環(huán)境和工作內(nèi)容 12 ZigBee技術(shù)及仿真軟件介紹 3 ZigBee技術(shù)概述 3 ZigBee協(xié)議棧架構(gòu) 3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議 5 ZigBee支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)編址方式 6 ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法介紹 6 NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件介紹 7 NS2軟件概述 7 trace文件格式介紹 83 仿真環(huán)境搭建過程 10 Fedora 21安裝過程 10 NS2的安裝過程 18 NS2中添加ZBR路由協(xié)議的過程 21 協(xié)議底層文件 21 需要修改的文件 21 需要修改的具體內(nèi)容 22 編譯 27 測(cè)試腳本 27 gnuplot的安裝 27 本章小結(jié) 274 仿真過程與仿真結(jié)果分析 28 使用NS2進(jìn)行模擬的基本流程 28 星型拓?fù)洵h(huán)境搭建和模擬 29 任務(wù)分析 29 編寫Tcl腳本 29 執(zhí)行模擬 34 修改路由算法 34 再次執(zhí)行模擬 35 星型拓?fù)浞抡娼Y(jié)果分析 35 gawk工具介紹 35 傳輸延時(shí) 37 丟包率 38 控制包數(shù)量 39 樹形拓?fù)洵h(huán)境的搭建和執(zhí)行 40 任務(wù)分析 40 編寫Tcl腳本 40 執(zhí)行模擬 45 修改路由算法 45 再次執(zhí)行模擬 46 樹形拓?fù)浞抡娼Y(jié)果分析 46 平均延時(shí) 46 丟包率 47 控制包數(shù)量 48 本章小結(jié) 495 總結(jié)和展望 50 總結(jié) 50 展望 50參考文獻(xiàn) 51致謝 521 緒論 背景介紹隨著科技的發(fā)展、文明的進(jìn)步，人類對(duì)于信息的需求也日益增大，推廣了信息的蓬勃發(fā)展。近年來，以移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)更是進(jìn)步飛速、普及廣泛，無線通信技術(shù)的發(fā)展更是如虎添翼、日新月異，其中孕育了大量的無線通信技術(shù)，如藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無線超寬帶技術(shù)（UWB，Ultra Wideband）、無線高保真技術(shù)（WiFi，Wireless Fidelity）、紫蜂技術(shù)（ZigBee）等等，將無線通信技術(shù)帶入了一個(gè)全新的階段，而像手機(jī)、藍(lán)牙、寬帶衛(wèi)星等技術(shù)已經(jīng)深入地應(yīng)用到了人類社會(huì)生活的各個(gè)方面。WSN將無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、嵌入式信息處理技術(shù)等多種現(xiàn)代科學(xué)發(fā)張的高尖端技術(shù)領(lǐng)域融合在一起，傳感器節(jié)點(diǎn)通常由傳感器、微處理器、存儲(chǔ)單元、電源、射頻芯片等幾個(gè)主要模塊組成，但被設(shè)計(jì)成不同的類型，在網(wǎng)絡(luò)中起不同的作用，接受查詢?nèi)蝿?wù)時(shí)他們協(xié)同起來共同工作，完成對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的采集、融合處理和無線傳輸，并通過網(wǎng)絡(luò)使得遠(yuǎn)處的監(jiān)測(cè)者獲得所需數(shù)據(jù)信息。2003年2月，美國瑪薩諸塞理工學(xué)院的《技術(shù)評(píng)論》雜志將WSN評(píng)為改變未來世界的十大技術(shù)之一。 課程設(shè)計(jì)環(huán)境和工作內(nèi)容l 硬件環(huán)境：電腦型號(hào)：Lenovo Z465筆記本處理器：AMD Phenom(tm) II P960 QuadCore Processor 安裝內(nèi)存：l 軟件環(huán)境：系統(tǒng)：windows7 64位操作系統(tǒng) 軟件：VMWare Workstation ；Fedora 21 Workstation；。2 ZigBee技術(shù)及仿真軟件介紹 ZigBee技術(shù)概述ZigBee名字來源有一個(gè)小故事，大意是說蜜蜂發(fā)現(xiàn)事物源的時(shí)候，通過“之”字形的舞蹈（Zigzag舞）在同伴之間傳遞這信息，稱之為“ZigBee法則”，正是通過這個(gè)ZigBee法則使得蜂群能夠維持生存和發(fā)展。ZigBee協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)的制定是參考OSI七層模型，但它并沒有定義物理層和MAC層，ZigBee聯(lián)盟只對(duì)網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和安全部分進(jìn)行定義，用戶可以自定義應(yīng)用層。ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，也可嵌入其他設(shè)備中，同事也能夠支持地理定位功能。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和低成本的技術(shù)。MAC層之上是網(wǎng)絡(luò)層，主要提供網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)收發(fā)和路由功能。APS之上是真正的應(yīng)用。它是所有ZigBee設(shè)備都實(shí)現(xiàn)的一個(gè)應(yīng)用，提供設(shè)備管理的各項(xiàng)功能，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、綁定管理和網(wǎng)絡(luò)管理等。ZigBee還提供了安全的功能，稱為安全服務(wù)提供者（Security Service Provider）,簡(jiǎn)稱“SSP”，為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供安全服務(wù)。低協(xié)議層通過SAP為高協(xié)議提供服務(wù)。SAP一般較少出現(xiàn)跨層的情況，只有在ZDO當(dāng)中，由于網(wǎng)絡(luò)管理需要直接調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層，所以網(wǎng)絡(luò)層通過NLMESAP給ZDO直接提供服務(wù)，而一般應(yīng)用只能從APS獲取服務(wù)。最后ZDO也會(huì)給其他應(yīng)用對(duì)象提供一些功能，稱為ZDO公共接口（ZDO Public Interfaces）,當(dāng)然實(shí)際上每個(gè)應(yīng)用對(duì)象都有可能給其他引用對(duì)象提供可使用的功能接口，這就像面向?qū)ο缶幊坍?dāng)中公共類型的方法或接口。原語是高協(xié)議層與低協(xié)議層之間傳遞的命令，是在設(shè)備內(nèi)傳遞的信息。請(qǐng)求高協(xié)議層低協(xié)議層確認(rèn)指示相應(yīng)圖 SAP和原語示意圖 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議 ZigBee支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋃igBee網(wǎng)絡(luò)支持3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹切屯負(fù)?、樹形拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)?。樹形拓?fù)渲杏袇f(xié)調(diào)器、路由器、末端設(shè)備，樹形拓?fù)渲袇f(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，同時(shí)需要確定一些參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)并不一定直接與協(xié)調(diào)器通信，可能要通過若干個(gè)路由器后才能與協(xié)調(diào)器通信。(a)星型拓?fù)?a)樹形拓?fù)?a)網(wǎng)狀拓?fù)淠┒斯?jié)點(diǎn)路由器協(xié)調(diào)器 ZigBee支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?ZigBee網(wǎng)絡(luò)編址方式ZigBee網(wǎng)絡(luò)的編址方式主要有以下兩種，一是樹形編址，二是隨機(jī)編址。在使用這種編址機(jī)制時(shí)，首先要確定部分網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)最大深度Lm，子節(jié)點(diǎn)最大數(shù)目Cm,子節(jié)點(diǎn)當(dāng)中路由器的數(shù)量Rm。樹形節(jié)點(diǎn)的地址可以由父節(jié)點(diǎn)計(jì)算得到。這種地址分配方式的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫艿胶艽蟮南拗?，同時(shí)造成地址浪費(fèi)。隨機(jī)編址機(jī)制相對(duì)于樹形編址更加簡(jiǎn)單。即使這樣也難免出現(xiàn)地址沖突的情況，這是就需要引入地址沖突檢測(cè)和解決機(jī)制。單播路由包括樹路由、網(wǎng)狀網(wǎng)路由。樹路由過程除了幾個(gè)必須的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)外，不需要存儲(chǔ)其他的信息，計(jì)算也很簡(jiǎn)單，但是由于只能沿著樹路徑傳遞數(shù)據(jù)，路徑單一，效率一般情況下比較低，而且可靠性不強(qiáng)，如出現(xiàn)單點(diǎn)故障。AODVjr對(duì)路由請(qǐng)求，路由應(yīng)答等命令進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?，將?biāo)志位、源和目的序號(hào)等去掉了，把條數(shù)域改為了路徑代價(jià)域。使用AODVjr算法節(jié)點(diǎn)之間通信會(huì)尋找一條最佳路徑。 NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件介紹 NS2軟件概述人們提出了很多方法來驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的正確性和相關(guān)性能的測(cè)試，目前使用最為廣泛的就是通過使用模擬仿真器的虛擬環(huán)境來進(jìn)行測(cè)試。NS2支持大量的協(xié)議，并提供了豐富的測(cè)試腳本。NS是由伯克利大學(xué)開發(fā)的一款開源的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，它是一個(gè)面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)模擬器，使用C++和OTcl(Oriented Tool Command Language)作為開發(fā)語言，因此又被稱為分裂對(duì)象模型開發(fā)機(jī)制。模擬器所做的就是不停的處理一個(gè)個(gè)事件，直到所有的時(shí)間都被處理完或者某一特定的事件發(fā)生為止。用戶可以充分利用這些已有的對(duì)象，進(jìn)行少量的擴(kuò)展，組合出所需要研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模型。Trace文件包含很多有用的可供參考的數(shù)據(jù)，我們需要從中篩選出我們關(guān)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這次論文自使用到Trace舊格式，所以只講解舊格式。Event/Time/Node/Layer/Flags/Pkt id/Pkt type/Pkt size/[MAC Layer Info]//[IP Info]動(dòng)作/時(shí)間/節(jié)點(diǎn)/層次//分組UID/分組類型/分組大小/[MAC層信息]//[IP層信息]s _1_ MAC 0 undefined 75 [0 ffffffff 1 800] [1:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2] s _6_ MAC 0 undefined 75 [0 ffffffff 6 800] [6:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2] D _2_ MAC LQI 0 undefined 75 [0 ffffffff 3 800] [3:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2] D _0_ MAC LQI 0 undefined 75 [0 ffffffff 3 800] [3:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2] r _4_ MAC 0 undefined 68 [0 ffffffff 3 800] [3:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2] r _4_ RTR 0 undefined 68 [0 ffffffff 3 800] [3:255 1:255 30 0] [zbr 1 0 2]無線網(wǎng)絡(luò)的Trace舊格式的記錄的每項(xiàng)信息：l Event：事件的類型，有4種類型s、r、d和f，分別表示分組的發(fā)送、接收、 丟棄、和轉(zhuǎn)發(fā)事件。l 3. Node：事件發(fā)生的節(jié)點(diǎn)ID。l 5. Flags：標(biāo)志項(xiàng)。l 7. Pkt type：分組的類型。l 9. [MAC Layer Info]：MAC層的信息。l 10. ：分隔符。包含四項(xiàng)內(nèi)容：第一項(xiàng)是發(fā)送分組的源節(jié)點(diǎn)地址，格式為“節(jié)點(diǎn)號(hào)：端口號(hào)”；第二項(xiàng)是接收分組的目的節(jié)點(diǎn)地址，格式為“節(jié)點(diǎn)號(hào)：端口號(hào)”；第三項(xiàng)是分組的TTL值；第四項(xiàng)是源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的條數(shù)。網(wǎng)址：, 有32位和64位Workstation可選，我選用的是32位Workstation。： 創(chuàng)建虛擬機(jī)2. 選擇典型（推薦）（T）安裝，單擊下一步。然后單擊下一步。（注：如果你下載的是64位的Workstation,請(qǐng)選擇Fedora 64位。位置(L)是你想要將Fedora虛擬機(jī)安裝的位置，最好選用一個(gè)剩余空間大于20G的磁盤，我選用的位置為：G:\Virtual Machine\fedora。這里保持默認(rèn)就好，然后單擊下一步。： 已準(zhǔn)備好創(chuàng)建虛擬機(jī)8. 單擊打開此虛擬機(jī)，開始正式安裝Fedora21（注：安裝前可以設(shè)置一下內(nèi)存了處理器，默認(rèn)為1GB,1處理器，如果你的電腦是2GB，4處理器，就可以設(shè)置為2GB,4處理器，只需要單擊【編輯虛擬機(jī)設(shè)置】設(shè)置就好。如果不設(shè)置，等安裝完成后下次開機(jī)前在設(shè)置也可以。： 開始安裝Fedora10. 選擇Install to Hard Drive,如果選擇Try Fedora只是試用Fedora而真正的安裝到硬盤。； 選擇語言12. 接下來設(shè)置日期和時(shí)間、鍵盤、安裝位置、網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)名。單擊帶有感嘆號(hào)的【安裝位置】，設(shè)置虛擬機(jī)的安裝位置。：圖 安裝目標(biāo)位置14. 完成以上配置，然后單擊【開始安裝】，這個(gè)過程要進(jìn)行大概十分鐘。單擊【ROOT密碼】設(shè)置root密碼；單擊【創(chuàng)建用戶】創(chuàng)建普通用戶。如果你設(shè)置了一個(gè)簡(jiǎn)單的密碼，如123，系統(tǒng)會(huì)提示你密碼太簡(jiǎn)單，如果你向繼續(xù)使用這個(gè)密碼，單擊兩次【完成】按鈕就可以了。圖 設(shè)置普通用戶18. 等待安裝進(jìn)度條完成安裝，然后單擊【完成配置】。：圖 Fedora 21界面20．在Fedora的terminal中輸入ifconfg，發(fā)現(xiàn)Fedora并沒有獲取到IP地址，說明Fedora沒有連上Internet。：圖 查看網(wǎng)絡(luò)21. 網(wǎng)絡(luò)適配器設(shè)置為NAT。：圖 虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器23. 單擊左下角的【恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置】，然后單擊確定，就會(huì)出現(xiàn)中間的小界面，需要等待大概1分鐘。這是Fedora就可以正常使用了。：圖 下載NS2軟件包然后打開終端先進(jìn)行NS2安裝前的其他必須軟件的安裝，否則NS2安裝的時(shí)候會(huì)報(bào)錯(cuò)，如checking for gcc … no等等。YUM會(huì)自動(dòng)下載rpm包和具有依賴關(guān)系的rpm包，進(jìn)行自動(dòng)安裝。：圖 安裝gcc安裝完成會(huì)出現(xiàn)如下提示。，首先將解壓到自己想要安裝的文件夾下面，我是先解壓到當(dāng)前文件夾下，命令:tar –zxvf 然后再將解壓后的文件移動(dòng)到/usr/local/文件夾下，命令：mv /usr/local/。：圖 安裝NS2。如果沒有修改待會(huì)安裝的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)make …[linkstate/] 錯(cuò)誤。：圖 安裝NS2安裝NS2，執(zhí)行一個(gè)安裝文件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)安裝所有內(nèi)容。然后輸