一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法技术

本发明专利技术公开了一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，包括以下步骤：(1)对网络进行分组划分；(2)对源节点类型进行判断；(3)判断目的节点与源节点分组是否相同；(4)判断源节点的一跳邻居节点中是否有节点与目的节点分组相同；(5)将目的节点所在区域看作一个新的ZigBee无线传输网络，对根节点再次进行区域分组划分；(6)判断目的节点和当前节点是否在同一区域中；(7)将数据帧由路由转发到第M次分组的根节点并判断RREQ跳数是否大于|Dd‑M+1|，如果不是则此根节点将RREQ分组广播到目的节点，如果是则丢弃RREQ。本发明专利技术减少了不必要的RREQ广播和路由跳跃的级数，从而降低网络的整体能量消耗和时延。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，属于ZigBee无线传输网络

技术介绍
基于ZigBee技术的无线传感器网络可广泛应用于各种领域如环境检测、健康监测、车辆跟踪、军事侦察和地震观察等；不过ZigBee无线传感器网络的大规模组网实用也存在一些限制性因素，这主要包括诸如如何有效地控制节点能量消耗、提高节点的计算能力和通信能力等。为了延长无线传感器网络的寿命，路由算法的优化被公认为解决这一问题的一项重要技术手段。常见的ZigBee路由算法有：Cluster-Tree(簇树路由协议)、AODVjr(按需路由协议)等。Cluster-Tree路由协议是一种由网络协调器展开生成的树簇状拓扑结构的路由协议，常用于网络节点流动较小或静止的场合。它是由父节点逐步寻找子节点的一种路由方式，不需要存储路由表，属于静态路由；其路由机制主要包括树节点地址分配和树路由两部分。AODVjr路由算法是通过查找和记录路由包的传播路径实现的。路由包包括路由请求RREQ(RouteRequest)包与路由回复RREP(RouteReply)包。当路由包在源节点和目的节点间传送时，有多条路径可以选择。这时，这两点间能量损耗最小的那条路径则会被记录并保存在路由表中。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，通过区域的预先划分，来控制路由寻径过程中RREQ传播的跳数，从而减少不必要的RREQ广播，这样就能有效地减少路由跳跃的级数，从而降低网络的整体能量消耗和时延。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，包括以下几个步骤：(1)对ZigBee无线传输网络进行区域分组划分，并用变量M来代表区域划分的次数，初始值为1；(2)对源节点的类型进行判断；(3)判断目的节点与源节点分组是否相同，如果相同，则转向步骤(5)，如果不相同，则转向步骤(4)；(4)判断源节点的一跳邻居节点中是否有节点与目的节点分组相同，如果有，则将数据帧转发给该节点，并转向步骤(5)；如果没有，则转向步骤(6)；(5)将目的节点所在区域看作一个新的ZigBee无线传输网络，将其中网络地址最小的节点看作根节点，对根节点再次进行区域分组划分即M＝M+1；(6)判断目的节点和当前节点是否在同一区域中，若是，则重复步骤(5)，若不是，则转向步骤(7)；(7)将数据帧由路由转发到第M次分组的根节点，然后启动路由功能(把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作)，并判断RREQ的最大广播跳数是否大于|Dd-M+1|，如果不是，则此根节点将RREQ分组广播到目的节点的相应区域内，以寻找目的节点，并将RREQ的最大广播跳数设置为|Dd-M+1|，如果是，则丢弃RREQ；其中，Dd为目的节点的网络深度，M-1为根节点的网络深度；(8)所述目的节点接收到路由请求(RREQ)后，将向寻找路由的源节点回复一个RREP应答，其传送路径为路由建立过程的反向路由；所有接收到RREP回复的源节点将此路由信息替换并且记录(也即是将路由表中已存在的信息先进行删除，然后再将新的路由信息写入路由表，完成对新路由信息的替换与记录)此时，即建立了从源节点到目标节点的正向路由。步骤(1)中，所述区域划分的规则如下：(1-1)以协调器为根节点，将根节点的每一个子树划成一个区域；(1-2)记录每一个区域中的最大地址Amax和最小地址Amin，在同一区域内的节点地址Ai都符合Amin≤Ai≤Amax，即该区域的网络地址范围为[Amin,Amax]，并且每一个区域的地址范围之间不相交，即一个确定的地址在且仅在一个区域内。步骤(2)中，对所述源节点的类型进行判断的方法如下：(2-1)判断是否为RFD节点，如果是，则直接将数据帧转发给其父节点，如果不是，则转向步骤(2-2)；(2-2)判断RREQ的最大广播跳数是否大于1，如果是，则丢弃RREQ，如果不是，则直接进行数据帧路由转发。本专利技术降低了网络传输的能量消耗并延长了网络的寿命；在ZigBee无线传感器网络中，通常传感节点只能和与它相邻的、并且在它的射频传输范围之内的节点直接通信，由于ZigBee网络中每个节点的“邻居表”中包含有其射频覆盖范围内各个邻居节点的相关信息，因而本专利技术可以充分利用邻居表中所记录的有效信息，以便源节点发送给目的节点的数据帧经过最便捷途径到达目的节点。该专利技术与传统路由协议的主要区别在于：当收到消息的节点不是目的节点时，先查看当前节点的邻居表，查看目的节点是否是与源节点分组相同(即是否划分在同一区域内)，若是就直接转发；若不是，则再查看是否有源节点的邻居节点与目的节点分组相同，若有，则向该邻居节点转发消息，若没有，则按传统的路由方法以对每个节点都进行广播路径的方式进行寻找；从而减少了不必要的RREQ广播，这样就能有效地减少路由跳跃的级数，从而降低网络的整体能量消耗和时延。附图说明图1是本专利技术的减少ZigBee无线传输网络路由跳数方法的工作流程图；图2是节点进行第一次区域划分的示意图；图3是节点进行第二次区域划分的示意图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本专利技术是在两种主要传统路由算法的基础上，为进一步解决路由算法能耗而提出的一种改进方法，即试图优化路径、减少路由跳数，进而减少能量消耗和通信延迟。一般而言，当一个ZigBee网络组建时，网络各节点就会被分配相应的网络地址；而本专利技术的基本思想就是根据各节点的网络地址进行区域预划分，即先以协调节点为根节点，把每个根节点的子节点所组成的树划分成一个区域；再将协调节点的子节点看作根节点，把其所有的子节点组成的树再次划分成另一个区域；按照上述区域划分规则可以进行区域的一次次划分。本专利技术利用ZigBee协议中的“邻居表”(将维护邻居节点的一些必要的信息记录在该表中，以方便查询和寻找最佳路径)来减少数据帧的传送跳数，并通过区域的预先划分，来控制路由寻径过程中RREQ传播的跳数，从而减少不必要的RREQ广播，这样就能有效地减少路由跳跃的级数，从而降低网络的整体能量消耗和时延。本专利技术涉及一种改进的基于ZigBee技术的无线传输网络路由方法，尤其适用于传统ZigBee网络中由于路由耗能较高而导致能量过早耗尽的场合，以此减少ZigBee节点间路由的跳数和延迟，有效降低了能耗、提高了路由效率。本专利技术的一种改进的基于ZigBee技术的无线传输网络路由方法，以降低网络传输的能量消耗并延长网络的寿命。在ZigBee无线传感器网络中，通常传感节点只能和与它相邻的、并且在它的射频传输范围之内的节点直接通信。由于ZigBee网络中每个节点的“邻居表”中包含有其射频覆盖范围内各个邻居节点的相关信息，因而本改进路由方法可以充分利用邻居表中所记录的有效信息，以便源节点发送给目的节点的数据帧经过最便捷途径到达目的节点。该方案与传统路由协议的主要区别在于：当收到消息的节点不是目的节点时，先查看当前节点的邻居表，查看目的节点是否是与源节点分组相同(即是否划分在同一区域内)，若是就直接转发；若不是，则再查看是否有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)对ZigBee无线传输网络进行区域分组划分，并用变量M来代表区域划分的次数，初始值为1；(2)对源节点的类型进行判断；(3)判断目的节点与源节点分组是否相同，如果相同，则转向步骤(5)，如果不相同，则转向步骤(4)；(4)判断源节点的一跳邻居节点中是否有节点与目的节点分组相同，如果有，则将数据帧转发给该节点，并转向步骤(5)；如果没有，则转向步骤(6)；(5)将目的节点所在区域看作一个新的ZigBee无线传输网络，将其中网络地址最小的节点看作根节点，对根节点再次进行区域分组划分即M＝M+1；(6)判断目的节点和当前节点是否在同一区域中，若是，则重复步骤(5)，若不是，则转向步骤(7)；(7)将数据帧由路由转发到第M次分组的根节点，然后启动路由功能，并判断RREQ的最大广播跳数是否大于|Dd‑M+1|，如果不是，则此根节点将RREQ分组广播到目的节点的相应区域内，以寻找目的节点，并将RREQ的最大广播跳数设置为|Dd‑M+1|，如果是，则丢弃RREQ；其中，Dd为目的节点的网络深度，M‑1为根节点的网络深度；(8)所述目的节点接收到路由请求后，将向寻找路由的源节点回复一个RREP应答，其传送路径为路由建立过程的反向路由；所有接收到RREP回复的源节点将此路由信息替换并且记录，此时，即建立了从源节点到目标节点的正向路由。...

【技术特征摘要】
1.一种减少ZigBee无线传输网络路由跳数的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)对ZigBee无线传输网络进行区域分组划分，并用变量M来代表区域划分的次数，初始值为1；(2)对源节点的类型进行判断；(3)判断目的节点与源节点分组是否相同，如果相同，则转向步骤(5)，如果不相同，则转向步骤(4)；(4)判断源节点的一跳邻居节点中是否有节点与目的节点分组相同，如果有，则将数据帧转发给该节点，并转向步骤(5)；如果没有，则转向步骤(6)；(5)将目的节点所在区域看作一个新的ZigBee无线传输网络，将其中网络地址最小的节点看作根节点，对根节点再次进行区域分组划分即M＝M+1；(6)判断目的节点和当前节点是否在同一区域中，若是，则重复步骤(5)，若不是，则转向步骤(7)；(7)将数据帧由路由转发到第M次分组的根节点，然后启动路由功能，并判断RREQ的最大广播跳数是否大于|Dd-M+1|，如果不是，则此根节点将RREQ分组广播到目的节点的相应区域内，以寻找目的节点，并将RREQ的最大广播跳数设置为|Dd-M+1|，如果是，则丢弃RREQ；其中，Dd为目的节点的网络深度，M-1为根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岳衡，薛团结，潘进勇，孙得娣，孙蔓，郭臣，徐荣蓉，姜飞虎，居美艳，黄平，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32