ZigBee技术是一项面向短距离、可靠传输的无线通信技术,它因具有低功耗、低成本、自组网等优点,而被广泛应用到军事、环境监测、工业医疗等领域。目前随着物联网、智慧城市的快速推广和发展,对ZigBee技术的研究也不断深入。但因硬件系统的复杂性,致使许多研究人员将改善网络性能的重点放在了作为网络层核心的路由技术上,对路由算法的改进研究已然成为近年来研究的一个热点。本文基于IEEE802.15.4标准,对比阐述了ZigBee网络各层的区别和联系。研究了ZigBee网络的技术特点,针对于簇树拓扑中常用的三种路由协议Cluster-Tree、AODVjr和ZBR进行研究。此后对NS2仿真平台技术特点等进行阐述,并对常用的路由协议性能指标进行了分析,为之后的优化改进奠定了理论基础。针对AODVjr算法中容易产生RREQ广播风暴的问题,引入了蚁群算法。通过改进路径选择策略和信息素的挥发机制,优化了传统蚁群算法。在AODVjr开始广播前,先运行蚁群算法,得到最优的路径集合,从而限制了RREQ的发送范围,减少了RREQ广播风暴的产生。针对ZigBee路由中由于Cluster-Tree和AODVjr结合性不强,最终产生时延、节点存活率和能耗等问题。提出一种基于权值的分簇机制。在数据传输机制方面,为避免产生大量冗余的RREQ分组,规定只有簇首才能广播RREQ报文,通过限制RREQ洪泛方向,避免大量冗余RREQ分组产生。在簇首轮换上,引入节点相似度概念,簇首在簇内选择与自己相似度大的邻居节点担当替补簇首,从而尽可能的减小了网络拓扑结构变化,避免重新分簇带来的额外能耗。路由修复过程中,根据失效链路两端节点关系选择不同的路由修复策略。本文在每个算法章节的最后,都会基于NS2网络仿真平台对改进算法进行设计和实现。并从路由开销、平均端到端时延、投递率、节点存活率以及网络剩余能量等维度与改进前的算法进行对比,从而验证了新算法的优越性。
