以农业为基础的科学技术的发展,是提升农业生产力、强化智慧农业的重要技术手段。近年来,发展极为迅速的ZigBee技术以其功耗低、成本低、复杂度低等优点被广泛应用于农业领域。为实现对农作物如玉米的生长环境因子进行监测和研究,本文在试验田中布置大量的传感器节点进行数据采集,并通过基于ZigBee的智慧农业信息监测系统将采集到的环境监测数据传输到服务器中。但是由于ZigBee网络中节点的传输范围、电池能量和网络的带宽资源十分有限,且采用多对一传输方式,在应用系统进行数据实时传输过程中网络较易产生拥塞问题,进而导致网络系统的整体性能下降。基于此,本文选择在系统的网络层上综合考虑负载和能量情况,通过优化ZigBee路由协议来缓解网络拥塞问题。本文首先介绍课题的研究背景和意义以及ZigBee网络的发展现状,此外,还简单介绍网络拥塞产生的原因、造成的影响和常用的拥塞控制方法;之后,结合农业物联网对目前基于ZigBee的智慧农业信息监测系统设计原理及问题进行阐述;最后,对ZigBee路由协议深入分析和研究,并在ZigBee路由协议的基础上,设计一种改进路由协议算法（Improve ZigBee Routing,IMP-ZBR）。该算法对ZigBee路由协议进行如下改进:（1）中间节点转发机制的改进:在路由发现过程中,依据中间节点的能量水平和拥塞程度不同,对收到的路由请求（Route Request,RREQ）分组分别做出不同决策,以避免使用能量水平较低且负载较大的节点;（2）路由选择依据的改进:在更新路由时,综合考虑节点能量、负载、链路质量和跳数,以挑选一条综合水平最好的路径;（3）提出缓存路径优先级策略:在路径建立阶段,缓存多条路径并依据缓存路径的优先级,挑选出主路径与备份路径,在主路径发生拥塞时,以切换备份路径缓解拥塞。通过NS2仿真平台进行仿真实验,结果表明,本文提出的IMP-ZBR路由协算法议在综合性能上优于ZigBee路由协议,可使网络端到端平均时延平均降低44ms、分组投递率平均增加4.5%,在一定程度上缓解了网络拥塞。
|
楼主
标题置顶
标题高亮
