[發明專利]一種延長zigbee網絡生命周期的方法

在審

• 申請號: 201610038715.5
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105636144A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 包曉安;李清木;張娜;郭煒杰;胡國亨
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種延長zigbee網絡生命周期的方法，其特征在于包括如下步驟：

1)zigbee邏輯分簇

利用zigbee網絡的網形拓撲結構，將網絡進行分簇，并同步建立網絡鏈路，縮短路由路 徑，減少節點以及網絡消耗；

2)判斷節點能量狀態；

3)結合AODVjr的路由算法，建立源節點和目的節點之間的最優路徑。

2.根據權利要求1所述的延長zigbee網絡生命周期的方法，其特征在于所述的步驟1) 中的zigbee邏輯分簇方法具體包括如下步驟：

S01：網絡中第一個簇由中心協調器作為簇首形成，由它和它通信范圍內的節點構成， 記為簇0，在該簇形成后，中心協調器廣播信息給它發現的節點，如果發現的節點與它是父 子關系，則該節點成為簇0的簇成員,如果發現的節點與它不是父子關系，則它們之間建立 一條mesh鏈路，用于它們之間的通信；

S02：以簇0中的簇內節點為當前節點，分別在自己的通信范圍內發現新的節點，若發現 的節點是簇0的葉子節點，則它們之間為兄弟關系，并在它們之間建立一條mesh鏈路，且兄 弟關系會被記憶，若發現的節點為新節點且與當前節點非父子關系，則該新節點作為下一 個新簇簇首，建立新簇，并在它們之間建立相應的mesh鏈路；

S03：將新簇首作為當前節點，重新進行節點發現過程，若新發現的節點已成簇首，且與 當前簇之間存在父子關系，那么將兩個簇合并，父節點當成為合并后的新簇簇首，若它們之 間沒有父子關系，那么將選擇連通度大的節點擔當該簇簇首，如果連通度持平，則擁有較小 網絡地址值得節點將會成為簇首；若新發現的節點為孤立節點，不在任何簇中，則它將以簇 成員的身份加入當前節點的簇中，并建立mesh鏈路；

S04：以新建立的簇的葉子節點作為當前節點，重新進行節點發現過程，若被發現的節 點是其父節點的所在簇的葉子節點，則在它們之間建立mesh鏈路，若被發現的節點是新節 點，則該節點會作為新簇首建立一個新簇，當前節點成為該新簇的網關；

S05：重復S03到S04直到沒有新的鄰居節點被任何簇內的葉子節點發現。

3.根據權利要求1所述的延長zigbee網絡生命周期的方法，其特征在于所述的步驟2) 判斷FFD節點能量狀態具體為：

定義動態更新的節點能量的充足值PowerSufficient，偏低值PowerLow，警戒值 PowerWarning，如下公式所示：

PowerSufficient＝α^N×Power

PowerLow＝β^N×Power

PowerWarning＝γ^N×Power

其中，Power為節點的初始能量值，α，β，γ為固定系數，N為初始值為1的計數值，當處于 警戒狀態的節點占所有節點達到臨界值時，計數N加1；

節點檢測自身的能量狀態，若大于PowerSufficient設定值，則為能量充足狀態，若大 于PowerLow而小于PowerSufficient時為能量偏低狀態，若節點能量低于PowerWarning設 定值，則為警戒狀態，處于警戒狀態的節點向協調器發送數據更新警戒節點計數 WaringNodes。

4.根據權利要求1所述的延長zigbee網絡生命周期的方法，其特征在于所述的步驟3) 具體為：

在初始化階段，中心協調器各路網絡地址分配機制為每個節點分配唯一的網絡地址， 并將自身剩余能量與節點能量等級定義的臨界值進行比較，判斷出該點的能量等級，從而 在傳輸數據時選擇不同的路由策略，

1)當節點能量充足時，所述節點為所有接收到RREQ包的節點，

1.1)判斷節點是RFD節點還是FFD節點，

若節點是RFD節點，則交由其父節點轉發；

若節點為FFD節點，則進行下一步；

1.2)路由節點接收到數據幀，先判斷自己是否為目的節點，若是則接受數據并回復 RREP報文，若不是，則判斷節點與目的節點的簇ID是否相同，若不同，RREQ報文將按照AODV 路由過程進行轉發；若相同，則判斷它們之間有沒有mesh鏈路；

1.3)若有mesh鏈路，則直接將數據發送到目的節點；若沒有mesh鏈路，則將RREQ報文單 播給源簇簇首，收到RREQ報文的節點遵循AODVjr方式對該報文進行轉發以及回復RREP報 文；

2)當節點能量偏低時，所述節點為所有接收到RREQ包的節點，

2.1)判斷節點是是RFD節點還是FFD節點，

若是RFD節點，則交由其父節點轉發；

若為FFD節點，則進行下一步，

2.2)路由節點接收到數據幀，判斷自己是否為目的節點，若是，則接收數據回復RREP報 文；若不是，則根據Cluster-Tree算法中的公式：

A≤D≤A＋C_skip(d-1)

來判斷目的節點是否為自己的后代節點；

其中，A為當前節點的網絡地址，D為目的節點的網絡地址，d為當前節點所在的網絡深 度，C_skip(d-1)為當前節點在(d-1)深度下的網絡偏移量，當目的節點地址D處于A和A+C_skip(d-1)之間時，說明目的節點是當前節點的后代節點，反之則不是其后代節點；

2.3)若目的節點為自己的后代節點，則根據

計算下一跳地址，并將數據幀送到下一跳節點；

其中，C_skip(d)是網絡深度為d時的地址偏移量，由下式計算得出：

其中，C_m為父節點可擁有的最大子節點數，R_m為父節點可擁有的最大路由節點數，L_m為 網絡最大深度，這些參數均由協調器決定，d為網絡深度；

若目的節點不是自己的后代節點，則判斷目的節點是否為本簇成員；

2.4)若為本簇成員，則將數據幀發送給它的父節點，

若目的節點不為本簇成員，則判斷其是否為簇首，如不為簇首，則將數據幀轉發至目的 節點的簇首，由簇首處理；若目的節點是簇首節點，則檢查路由表是否包含目的節點地址信 息；

2.5)若包含目的節點地址信息，則直接將數據幀發送至目的節點；若不包含，則啟動 路由發現過程；

3)當節點能量處于警戒狀態時，此處的節點為所有接收到RREQ包的節點，

若節點判斷自身能量水平為警戒狀態，則停止數據轉發，只對自己為目的節點的這種 情況進行回復，自身若不為目的節點則直接丟棄RREQ數據包，同時向中心協調器發送數據 并由中心協調器更新警戒節點計數WaringNodes。