ZigBee的无线传感器网络路由分析摘要：为了研究基于ZigBee的无线传感器网络路由协议的性能优劣，在路由设计中有选择地改良。介绍了ZigBee无线传感器网络构造，分析了AODV、LEACH和ZigBee路由三种路由协议的基本原理，并使用NS2模拟仿真软件，在其他外部条件相同的情况下，分别对ZigBee路由和AODV开展模拟仿真，以能量消耗和网络生命周期为衡量网络性能的指标，仿真结果说明ZigBee路由在能耗上高于AODV,算法在节能上有待改良。指出了ZigBee路由算法在节能上的改良方法。0引言无线传感器网络（WSN,WirelessSensorNetwork）采用微小型的传感器节点获取信息，节点之间具有自动组网和协同工作能力，网络内部采用无线通信方式，采集和处理网络中的信息，发送给观察者。目前WSN使用的无线通讯技术过于复杂，非常耗电，成本很高。而ZigBee是一种短距离、低成本、低功耗、低复杂度的无线网络技术，在无线传感器网络应用领域极具发展潜力。路由协议是无线传感器网络中一个关键技术其优劣直接影响着网络的性能。这里的工作就是在分析研究了多种应用在WSN上的路由协议之后，比照分析ZigBee路由算法，分析得出各自优劣及其适用的环境，为路由协议设计人员提供参考。1WSN中路由算法研究1.1AODV协议AODV是逐跳的按需距离向量路由协议。当源节点没有已知的路由到达目的节点时，广播一个请求消息（RREQ），每个接收到RREQ的中间节点记录下到源节点的逆向路径（以便为之后的应答消息（RREP）提供路由），然后重新广播RREQ.当RREQ到达目的节点时，目的节点利用记录在报文中的逆向路径发送RREP.如果中间节点知道的指向目的节点的路由，它就代替目的节点发送RREP.每个接收到RREP的节点以相同的方式记录下本节点到目的节点的路径，以便为将来数据分组报文的到来提供路由服务。1.2LEACH路由协议LEACH是MIT的Heinzelman等人提出的基于簇的数据融合的层次型路由算法。该算法以轮为单位计算网络周期。每一轮从建立阶段开始，即节点自组织成一个一个的簇，然后进入稳定阶段，即成员节点将其数据发送给其簇首节点，然后簇首节点将所收成员的数据开展数据融合，发送给基站。2ZigBee无线传感器网络ZigBee网络支持两种类型的物理设备：全功能设备节点（FFD）和半功能设备节点（RFD）。FFD节点通常作为网络协调器或路由，能和任何设备通信；RFD节点只能作为网络的终端节点，负责本地信息收集和数据处理，只能和FFD节点通信。ZigBee网络支持三种节点类型：主节点、路由节点以及终端节点。主节点即协调器，必须由FFD节点构成，它是网络的，负责建立一个网络并下发地址。路由节点也是FFD节点，搜索网络并参加，给参加路由的终端节点分配地址。终端节点可以是FFD节点或者RFD节点。ZigBee的网络拓扑构造有三种：星型网络、树簇型网络、网型网络，如图1所示。图1ZigBee三种网络拓扑构造另外，每个节点都维护有一个目的序列号用于判断更新路由。节点广播HELLO消息来维护本地邻居表及其一跳内的链路。2.1ZigBee中的路由算法ZigBee网络常见的路由算法有Cluster-Tree、AODVjr和Cluster-Tree+AODVjr等。ZigBee路由通常采用Cluster-Tree与AODVjr相结合的路由算法。2.1.1Cluster-TreeCluster-Tree是一种逻辑链路和网络层协议，使用链路状态数据包建立一个简单的簇网络或是一个潜在的更大型的簇树网络该网络具有自组织能力，并支持网络冗余，有一定的错误冗余度和自修复能力。网络中的节点形成父子关系，当有节点参加网络时，父节点将为其分配地址。分配机制如下根据式（1），父节点为节点分配地址，其中C为父节点包容的节点数，R为参与路由的子节点数，L为网络的深度，d为当前网络深度，A为节点地址。为第n个RFD分地址为式（2）；为第n个FFD分配地址为式（3）。网络路径上的下一跳节点地址分配如下：对于地址为A的节点，如果满足式（4），则地址为D的节点为该节点后代：如果满足式（5），则下一跳为终端后代，地址为N=D,否则，地址为式（6）。2.1.2AODVjrAODVjr具有AODV的主要功能，但考虑到降低成本、节能、使用的方便性等因素，对AODV作了一些简化。①没有使用目的节点序列号，并规定只有目的节点可以回复RREP;②不存在"先驱节...