基于跨层机制的ZigBee网络PAN间能耗均衡路由算法-论文.pdf

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1、第41卷第8期计算机科学Vo1．41NO．82014年8月ComputerScienceAug2014基于跨层机制的ZigBee网络PAN间能耗均衡路由算法曹建玲刘文朋任智樊海彬(重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065)摘要针对现有ZigBee网络多PAN路由算法在路由构建过程中通信开销、传输时延和能耗较大的问题，提出一种基于跨层机制的能耗均衡路由算~-ERBCD(Energy-balancedRoutingalgorithmBasedonCross-layerDesign)。该算法采用梯度探测反馈方式构建网关至节点的下行多

2、径路由；引入跨层机制更新邻居节点的剩余能量信息；设计包含跳数和节点剩余能量的合成路由度量标准以减轻节点负载，均衡网络节点能耗。理论分析证明了ERN3D算法的有效性。仿真结果表明与现有典型算法IF'-AODV相比，ERBCD算法大大降低了网络通信开销和数据分组平均能耗，并延长了网络生存期延。关键词ZigBee网络，能耗均衡，跨层机制中图法分类号TP393．04文献标识码ADOI10．11896／j．issn．1002—137X．2014．08．032Energy-balancedRoutingAlgorithmBasedonCross-laye

3、rDesignforInter-PANCommunicationsinZigBeeNetworksCAOJian-lingLIUWen-pengRENZhiFANHai—bin(ChongqingKeyLaboratoryofMobileCommunicationsTechnology，ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications，Chongqing400065，China)AbstractToreducetheredundantoverheadandtoconservenodes’energ

4、yinenergy-constrainedandmulti-PANZig—Beenetworks，thispaperproposedanEnergy-balancedRoutingalgorithmBasedonCross—layerDesign(ERBCD)．Theproposedalgorithmestablishesthemulti—pathdownstreamroutingbyfeedbackmechanismbasedongradientdetection，dispersestheinformationofnodes’residua

5、lenergywithlittleoverheadbyintroducingcross—layerdesign。designsacompositeroutingcriterioncontaininggradientandnodes’residua1energytodecreasethenodeoverheadandbalancetheenergyconsumption．TheoreticalanalysisverifiestheeffectivenessofERBCD．SimulationresultsshowthatERBCDcansign

6、ificantlyreducecommunicationoverheadandtheaverageenergyconsumptionofadatapacket．Meanwhilethisalgorithmdramaticallyprolongsthenetworklifetime，ascomparedtotheexistingIP-AODVroutingalgorithm．KeywordsZigBeenetworks，Energy-balanced，Cross-layerdesign署大规模无线传感器网络用以感知数据[3]。各PAN以某种1引

7、言机制进行交互，依赖PAN间相互协作以获得强大的数据处ZigBee是一种针对个人局域网(PAN)的短距离无线通理能力，有利于提高监测精确度。然而，ZigBee网络设计之信技术。ZigBee联盟整合了IEEE802．15．4标准定义的物理初，并未涉及PAN间通信机制，导致路由信息的获取、通信层(PHY)和媒体接人控制子层(MAC)，并在此基础上定义了开销、传输时延等环节仍存在不足之处。因此亟需研究和设网络层、应用层和安全服务，构成了ZigBee标准协议_1]。它计一种新的路由机制来应对多PAN的网络环境，以保证通主要致力于为低速率的无线网络控制

8、和应用提供一种可靠信需求。的、高效的、低能耗的技术标准。大规模无线传感器网络节点目前，物联网技术发展迅猛，大规模传感器网络应用进入个数可达到1O或1O量级，对使用的