穆嘉松，劉開(kāi)華，史偉光

(天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院，天津 300072)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的路由選擇策略

穆嘉松，劉開(kāi)華，史偉光

(天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院，天津 300072)

為了提高 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由效率，降低節(jié)點(diǎn)能耗，提出一種基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的路由選擇策略．ZigBee網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持基于地址分配的分層路由和基于路由請(qǐng)求的路由方法．該策略根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的變化，自適應(yīng)選擇路由方法．節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身鄰居參數(shù)改變識(shí)別位置變化，避免了網(wǎng)絡(luò)中額外的數(shù)據(jù)傳輸流量．經(jīng)仿真測(cè)試，相對(duì)于原有的單一方法路由方案，基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的路由選擇策略具有更高的路由效率，提升了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由性能．

ZigBee網(wǎng)絡(luò)；路由選擇；自適應(yīng)；節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)應(yīng)用在低功耗、低開(kāi)銷(xiāo)、低維護(hù)的特定需求的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)[1]．標(biāo)準(zhǔn)提供了2種可選的路由方案．一種是基于路由請(qǐng)求的 Z-AODV算法，另一種是簡(jiǎn)單的分層路由(hierarchical routing protocol，HRP)算法[2]．2種路由方式截然不同，前者是基于需求的路由獲取算法，當(dāng)需要建立路由時(shí)通過(guò)廣播路由發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求建立傳輸路徑；而后者是主動(dòng)式的路由方案，并不需要相關(guān)的路由控制信息[3]．雖然ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持 2種特征不同的路由方式，以滿(mǎn)足不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸效率、能量消耗和魯棒性等的要求，然而，目前對(duì)于 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件使用和選擇路由方法的研究還不多，已有的研究中也鮮有考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)變化的因素[4-6]．合理的路由選擇策略能夠?qū)?2種路由方法的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮，從而提高路由效率，減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)性能提升有積極的意義．

筆者在先前的工作中，分析研究了在不同節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性條件下HRP和Z-AODV算法的路由性能[7]．本文將在此基礎(chǔ)上，提出 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中自適應(yīng)的路由選擇策略．為了避免節(jié)點(diǎn)在識(shí)別移動(dòng)性信息過(guò)程中引入數(shù)據(jù)傳輸，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)命令和鄰居信息變化的移動(dòng)識(shí)別方法，并基于此實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)路由選擇．

1 ZigBee協(xié)議棧

1.1 設(shè)備類(lèi)型

IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了全功能設(shè)備(full function device，F(xiàn)FD)和精簡(jiǎn)功能設(shè)備(reduced functiondevice，RFD)2種器件．FFD可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，與其他任何在其傳輸范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行通信．而RFD只能簡(jiǎn)單地完成網(wǎng)絡(luò)中的基本功能，僅可以和FFD進(jìn)行通信[8]．

從功能上，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào) (ZigBee coordinator，ZC)節(jié)點(diǎn)、路由 (ZigBee routers，ZR)節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)備(ZigBee end device，ZED)．ZC節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．ZR節(jié)點(diǎn)允許有自己的子節(jié)點(diǎn)，可以與任意其他節(jié)點(diǎn)通信．ZED不能再有下一級(jí)的子節(jié)點(diǎn)．ZC和ZR節(jié)點(diǎn)分別具有鄰居表，其中包含節(jié)點(diǎn)傳輸范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息．

1.2 地址分配機(jī)制和分層路由

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用分布式地址分配機(jī)制(distributed address assignment mechanism，DAAM)分配節(jié)點(diǎn)地址．DAAM通過(guò)樹(shù)型結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)位置靜態(tài)地分配節(jié)點(diǎn)地址．該地址由父節(jié)點(diǎn)分配給子節(jié)點(diǎn)，并且在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的．ZC節(jié)點(diǎn)可以確定以下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：mC為一個(gè)父節(jié)點(diǎn)可以擁有的最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)目；mR為一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以擁有的最大路由子節(jié)點(diǎn)數(shù)目；mL為網(wǎng)絡(luò)的最大深度．則每個(gè)父節(jié)點(diǎn)在第 d層深度分配給每個(gè)路由子節(jié)點(diǎn)的地址子塊尺寸為

網(wǎng)絡(luò)地址1,rdnA+和1,edlA+是分配給在d+1層深度，第n個(gè)路由子節(jié)點(diǎn)和第l個(gè)終端子節(jié)點(diǎn)的地址，即

HRP可以為任意目的地址提供簡(jiǎn)單而可靠的路由．但由于傳輸路徑往往不是最短路徑，該方法的傳輸效率有時(shí)并不理想．

1.3 Z-AODV路由

ZigBee協(xié)議中基于路由請(qǐng)求的路由方法和著名的 AODV[9]方法非常相似．當(dāng)需要建立路由時(shí)，源節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由請(qǐng)求(routing request，RREQ)，中間節(jié)點(diǎn)接收到 RREQ后再向自己的鄰居節(jié)點(diǎn)重廣播，直到該路由請(qǐng)求到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)．一旦目的節(jié)點(diǎn)接收到 RREQ，立刻通過(guò)對(duì)發(fā)送 RREQ的鄰居節(jié)點(diǎn)單播返回一個(gè)路由響應(yīng)(routing reply，RREP)信息作為回應(yīng)．RREP數(shù)據(jù)隨之前建立的反向路徑傳輸回源節(jié)點(diǎn)．通過(guò)對(duì)同一目的節(jié)點(diǎn)路由開(kāi)銷(xiāo)的比較，節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)選擇最佳的路由．最后，源節(jié)點(diǎn)將緩存的數(shù)據(jù)包通過(guò)以上過(guò)程建立的路徑發(fā)送[10]．

Z-AODV算法通過(guò)泛洪RREQ找到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的全局最短路徑．然而該方式引起的廣播過(guò)載，對(duì)于帶寬和內(nèi)存有限的ZigBee設(shè)備是不能忽略的[11].雖然ZigBee標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用集中在低速率數(shù)據(jù)環(huán)境，但由于路由發(fā)現(xiàn)造成的額外開(kāi)銷(xiāo)，特別是在密集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)通信．這些影響將體現(xiàn)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)延時(shí)和數(shù)據(jù)傳輸效率上[12]．同時(shí)Z-AODV算法還將潛在影響ZigBee網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性[13]．

1.4 路由方式選擇

根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)層幀格式，包頭DiscoverRoute域定義為數(shù)據(jù)流采用的路由方式[2]，其設(shè)定如下．

(1) 抑制路由發(fā)現(xiàn)(suppress route discovery，SRD)：節(jié)點(diǎn)將僅使用現(xiàn)有的路由表，如果目的地址不在路由表中，節(jié)點(diǎn)將選擇分層傳輸或丟棄數(shù)據(jù)．

(2) 使能路由發(fā)現(xiàn)(enable route discovery，ERD)：如果目的地址在路由表中，節(jié)點(diǎn)將根據(jù)路由表選擇下一跳地址，否則路由節(jié)點(diǎn)將初始化路由發(fā)現(xiàn)，如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒(méi)有路由能力，將進(jìn)行分層傳輸．

(3) 強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)(force route discovery，F(xiàn)RD)：無(wú)論路由表中是否存在對(duì)應(yīng)項(xiàng)，節(jié)點(diǎn)都將初始化路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程．

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中，ERD為該域的默認(rèn)值．

1.5 鄰居表

ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZC和ZR節(jié)點(diǎn)將提供維護(hù)鄰居表的功能．設(shè)備的鄰居表包含傳輸范圍內(nèi)每個(gè)設(shè)備的相關(guān)信息．儲(chǔ)存在鄰居表中的信息可用于各種目的，表里的每個(gè)表項(xiàng)包含關(guān)于鄰居設(shè)備的必要信息有：①PAN標(biāo)識(shí)符；②擴(kuò)展地址；③網(wǎng)絡(luò)地址；④設(shè)備類(lèi)型；⑤關(guān)系．同時(shí)，實(shí)施設(shè)備可以存儲(chǔ)鄰居表中額外的可選信息．

2 ERP和Z-AODV路由算法性能分析

2.1 仿真平臺(tái)

本文使用Opnet Modeler作為仿真平臺(tái)．節(jié)點(diǎn)的物理層和MAC層采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的工作頻率、調(diào)制方法、信道接入機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸速率、無(wú)線(xiàn)接收和發(fā)射設(shè)備的設(shè)定等參數(shù)．節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)定符合 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)．基于研究需要，只對(duì) ZigBee網(wǎng)狀拓?fù)渌璧墓δ苓M(jìn)行設(shè)定，包括網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的地址分配方案、網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)、路由方法、路由表和鄰居表的產(chǎn)生和維護(hù)以及節(jié)點(diǎn)信息管理等功能．

2.2 性能分析

先前的工作中，研究了在不同節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性條件下HRP和Z-AODV算法的路由性能[7]，并得到結(jié)論，即SRD路由方式適用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性較高的網(wǎng)絡(luò)中，ERD路由方式有更好的性能．對(duì)于 2種路由方式適用環(huán)境的分界網(wǎng)絡(luò)條件有以下結(jié)論：隨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，2種路由方法適用環(huán)境的分界網(wǎng)絡(luò)條件趨于穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)保持靜止時(shí)間概率的均值略大于20,s[7]．

在本文的路由策略中，不要求獲知節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度和距離等因素，只需要得到節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置的預(yù)期時(shí)間．在統(tǒng)計(jì)該值時(shí)，長(zhǎng)期穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可能具有較長(zhǎng)的靜止時(shí)間，對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)帶來(lái)不便．因此，本文將網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置的時(shí)間概率，轉(zhuǎn)化為單位時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)次數(shù)的概率．單位時(shí)間選取100,s，這是因?yàn)樵搯挝粫r(shí)間決定了節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)判斷的敏感程度和反應(yīng)時(shí)間．如果該值過(guò)小，會(huì)增加隨機(jī)因素對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性判斷的影響；如果該值過(guò)大，節(jié)點(diǎn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，將會(huì)降低路由選擇的效率．對(duì)于單位時(shí)間(100,s)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的平均移動(dòng)次數(shù)，為了獲得節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)次數(shù)的整數(shù)解，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)靜止時(shí)間的取值只能是16.7,s、20.0,s、25.0,s和33.3,s等.

基于以上分析，本文進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)測(cè)試．仿真環(huán)境設(shè)置如下：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為 20、30、40和 50，節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置的時(shí)間的概率分別設(shè)定為 16.7,s、20.0,s、25.0,s和33.3,s．每組實(shí)驗(yàn)取不同的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和移動(dòng)性，一共進(jìn)行 16組，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行10次，統(tǒng)計(jì)SRD和ERD 2種算法各自的網(wǎng)絡(luò)總體數(shù)據(jù)流量的平局值．仿真其他參數(shù)設(shè)定如表1．

表1 網(wǎng)絡(luò)仿真參數(shù)Tab.1 Network parameters of simulation

仿真結(jié)果如表2所示，表中靜止時(shí)間表示節(jié)點(diǎn)平均靜止時(shí)間．從表中數(shù)據(jù)可以看出，SRD和 ERD算法適用環(huán)境的分界網(wǎng)絡(luò)條件隨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加趨于穩(wěn)定，這時(shí)，節(jié)點(diǎn)靜止時(shí)間的概率期望值為 25.0,s，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間移動(dòng)次數(shù)為4次．節(jié)點(diǎn)靜止時(shí)間期望為20.0,s，ERD方式具有更低的網(wǎng)絡(luò)流量．而節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)平均移動(dòng)3次時(shí)，SRD方式具有更高的效率．基于以上分析，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中SRD和ERD方式的適用環(huán)境可以進(jìn)一步總結(jié)為：ERD方式在平均100,s時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)移動(dòng) 4次及以上的網(wǎng)絡(luò)中性能更好，而SRD方式適合于平均移動(dòng)少于3次的網(wǎng)絡(luò)．

表2 不同網(wǎng)絡(luò)條件SRD和ERD方式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量Tab.2 Network loads of SRD and ERD mode in different network conditions

3 基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的路由選擇策略

在先前研究的基礎(chǔ)上，本文提出了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的路由選擇策略(routing strategy based on node mobility，BNM)．在BNM策略中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別有SRD和ERD 2種工作方式，每種工作方式中，節(jié)點(diǎn)采用對(duì)應(yīng)的路由方式傳輸數(shù)據(jù)．BNM策略將根據(jù)當(dāng)前的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，估計(jì)將來(lái)的網(wǎng)絡(luò)條件，通過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)幀中路由方式域的值選擇路由方式，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)路由選擇．在 100,s內(nèi)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)少于4次的情況下，使用 SRD方式；當(dāng)移動(dòng) 4次及以上時(shí)，使用ERD方式．算法流程如圖1所示．

3.1 工作模式

圖 2是 SRD方式的流程．其中 Ts為布爾型變量，表示計(jì)時(shí)器的工作狀態(tài)，ON為開(kāi)啟，OFF為關(guān)閉；T為計(jì)時(shí)器當(dāng)前值，單位為s；C為記錄節(jié)點(diǎn)移動(dòng)次數(shù)的計(jì)數(shù)器取值．計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1操作，然后進(jìn)行比較，如果移動(dòng)次數(shù)小于 4次，將繼續(xù)等待節(jié)點(diǎn)移動(dòng)消息到來(lái)；否則，計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器清零，并進(jìn)入 ERD工作方式．當(dāng)檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)信息，計(jì)時(shí)器將首先檢測(cè)是否開(kāi)啟，如果處在關(guān)閉狀態(tài)將啟動(dòng)計(jì)時(shí)器．計(jì)時(shí)器在激活后持續(xù)工作，計(jì)時(shí)到達(dá) 100,s后，將清零關(guān)閉，并將計(jì)數(shù)器值歸零，等待下次激活命令．SRD進(jìn)程中，計(jì)時(shí)器不是持續(xù)處在工作狀態(tài)，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到位置移動(dòng)信息時(shí)，才開(kāi)始工作．當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將保持在 SRD工作狀態(tài)，并且沒(méi)有任何額外的內(nèi)存消耗和數(shù)據(jù)傳輸．

圖1 BNM策略流程Fig.1 Flow chart of BNM

圖 3顯示了節(jié)點(diǎn) ERD方式的流程．節(jié)點(diǎn)進(jìn)入ERD方式后，計(jì)數(shù)器歸零，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)．當(dāng)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器做加1運(yùn)算并進(jìn)行比較．如果計(jì)數(shù)器取值小于4，將返回等待檢測(cè)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)信息．否則，計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器同時(shí)清零，計(jì)數(shù)器返回等待檢測(cè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)信息．計(jì)時(shí)器在 ERD方式中始終開(kāi)啟工作，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到達(dá) 100,s，將關(guān)閉歸零，并將計(jì)數(shù)器置零，進(jìn)入SRD方式．在ERD方式中，計(jì)時(shí)器保持開(kāi)啟工作狀態(tài)，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到達(dá) 100,s時(shí)，計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器同時(shí)歸零，計(jì)時(shí)器關(guān)閉，進(jìn)入SRD工作方式．從ERD方式的工作流程可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入ERD工作方式后，將至少在此模式工作100,s，在此期間，節(jié)點(diǎn)可以對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù)，更新路由表和鄰居表信息．在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性降低，進(jìn)入SRD方式后，這些信息可以用來(lái)改善SRD方式的路由效率．

圖2 BNM策略節(jié)點(diǎn)SRD方式流程Fig.2 Flow chart of SRD mode in BNM

圖3 BNM策略節(jié)點(diǎn)ERD方式流程Fig.3 Flow chart of ERD mode in BNM

3.2 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)識(shí)別

從BNM策略中SRD和ERD方式節(jié)點(diǎn)的工作流程可以看到，如何獲取節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的信息，決定了BNM策略運(yùn)行的成本以及執(zhí)行的效率．在BNM策略中，只需要對(duì)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行判定和檢測(cè)，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)距離、速度、路徑等信息并沒(méi)有要求．基于以上分析，本文提出了BNM策略中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)識(shí)別方法．

圖4是SRD路由方式下ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的示例．節(jié)點(diǎn)A、B、C為協(xié)調(diào)器的子節(jié)點(diǎn)．節(jié)點(diǎn)D深度為2，初始在1位置，父節(jié)點(diǎn)是A．

1)D移動(dòng)到位置2

節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化，但對(duì)于D與父節(jié)點(diǎn)A之間的通信影響較小，BNM 算法中認(rèn)為可以忽略，不需要檢測(cè)．

圖4 SRD方式下節(jié)點(diǎn)移動(dòng)分析示例Fig.4 Demonstration of node moving in SRD mode

2)D移動(dòng)到位置3

D失去和父節(jié)點(diǎn)A的聯(lián)系．D如果仍希望作為當(dāng)前 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備工作，就需要啟動(dòng)重新加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程．在圖4所示情況下，節(jié)點(diǎn)B可以響應(yīng)D在 3位置的加入請(qǐng)求，如果在 B節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)地址空間內(nèi)有空閑地址，將根據(jù)DAAM機(jī)制為D分配地址．這時(shí)，原有的樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被改變，D將以 B節(jié)點(diǎn)作為自己的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和路由．這個(gè)過(guò)程，將在網(wǎng)絡(luò)中引入額外的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸也會(huì)造成影響．這類(lèi)移動(dòng)需要BNM策略進(jìn)行監(jiān)測(cè)．這種移動(dòng)過(guò)程中，D節(jié)點(diǎn)會(huì)和原父節(jié)點(diǎn)失去連接并引發(fā)一個(gè)重新加入網(wǎng)絡(luò)的命令以及網(wǎng)絡(luò)地址的改變．

3)D移動(dòng)到位置4

節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化，但既沒(méi)有和原父節(jié)點(diǎn)失去連接，同時(shí)也不能和其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成連接，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溆绊懞苄。畬?duì)于這種移動(dòng)，BNM策略也不進(jìn)行檢測(cè)．

通過(guò)以上分析，節(jié)點(diǎn)使用 SRD路由方式時(shí)發(fā)生移動(dòng)，如果沒(méi)有改變當(dāng)前的分層結(jié)構(gòu)，該移動(dòng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸幾乎不會(huì)造成影響，這種移動(dòng)應(yīng)被忽略；如果節(jié)點(diǎn)移動(dòng)造成父子鏈路失效，失去連接的子節(jié)點(diǎn)將重新啟動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，尋找新的父節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)并更新網(wǎng)絡(luò)地址，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．在SRD方式中，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)重新加入網(wǎng)絡(luò)的命令、節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)自身的網(wǎng)絡(luò)地址，來(lái)判斷節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生了位置移動(dòng)．在 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用支持子層標(biāo)準(zhǔn)中，并沒(méi)有命令和進(jìn)程會(huì)要求節(jié)點(diǎn)發(fā)送重新加入網(wǎng)絡(luò)的命令，也不會(huì)更改節(jié)點(diǎn)的父子關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)地址．因此，以上的檢測(cè)方案是可行的．為了減少多網(wǎng)絡(luò)情況下的計(jì)算和存儲(chǔ)消耗，BNM 策略將檢測(cè)節(jié)點(diǎn)重新加入網(wǎng)絡(luò)的NLME-JOIN. confirm命令來(lái)判斷節(jié)點(diǎn)位置改變．

節(jié)點(diǎn)在 ERD工作方式下，雖然父子關(guān)系仍然存在，然而數(shù)據(jù)傳輸將基于路由請(qǐng)求，因此需要用不同的方法來(lái)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)．圖5是ERD方式下ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的示例．節(jié)點(diǎn)A、B、C為協(xié)調(diào)器的子節(jié)點(diǎn)，D和F為B的子節(jié)點(diǎn)，E為D的子節(jié)點(diǎn)．1)D移動(dòng)到位置2

圖5 ERD方式下節(jié)點(diǎn)移動(dòng)分析示例Fig.5 Demonstration of node moving in ERD mode

在位置1時(shí)，父節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)E、F都是D的鄰居，而在位置2時(shí)，D的鄰居只有B和A，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生了變化．這類(lèi)移動(dòng)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)．

2)D移動(dòng)到位置3

D同原先的父節(jié)點(diǎn) B失去了聯(lián)系，然而與使用SRD方式的網(wǎng)絡(luò)不同的是，由于在 3位置的通信范圍內(nèi)，仍有節(jié)點(diǎn)C和F作為D新的鄰居，D仍可以在網(wǎng)絡(luò)中正常工作并通過(guò) F和 C進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要重新加入網(wǎng)絡(luò)．該移動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚a(chǎn)生了影響，需要監(jiān)測(cè)．

3)D移動(dòng)到位置4

D和原父節(jié)點(diǎn) B失去了聯(lián)系．而原先的鄰居節(jié)點(diǎn)E和F沒(méi)有影響．網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生變化，需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)．

4)D移動(dòng)到位置5

節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化，但是D的鄰居沒(méi)有變化．這類(lèi)移動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，幾乎不產(chǎn)生實(shí)際的影響，在BNM策略中將其忽略．

通過(guò)以上分析，節(jié)點(diǎn)使用 ERD路由方式時(shí)發(fā)生移動(dòng)，如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的鄰居沒(méi)有變化，則幾乎不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成影響，這種移動(dòng)將被忽略．如果節(jié)點(diǎn)移動(dòng)改變了可用鏈路，將影響數(shù)據(jù)傳輸，BNM 策略需要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)．

運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，為了確定鄰居表的變化是由于自身移動(dòng)還是對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)造成的，將不得不引入額外的數(shù)據(jù)傳輸，這和 BNM 策略提出的初衷相違背．因此，本文提出一種近似的算法來(lái)進(jìn)行判斷而避免了數(shù)據(jù)交換．節(jié)點(diǎn)移動(dòng)示例仍如圖5所示．

1)D移動(dòng)到位置2

D的鄰居減少了A，A的鄰居也增加了D，而實(shí)際上A的位置沒(méi)有變化．類(lèi)似的情況也發(fā)生在D移動(dòng)到位置3，C節(jié)點(diǎn)的鄰居表中．通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)增加 1個(gè)或幾個(gè)鄰居，而其余的鄰居沒(méi)有變化，大多是由其他節(jié)點(diǎn)移動(dòng)進(jìn)入自己的通信范圍造成的．因此在識(shí)別節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，將只考慮原有鄰居的丟失；而在其余鄰居信息不變的情況下，不計(jì)算新鄰居的產(chǎn)生．

2)D移動(dòng)到位置2

D失去鄰居 E和 F，同時(shí)，E和 F也失去鄰居D．不同的是，E和F其他的鄰居沒(méi)有變化，而節(jié)點(diǎn)D同時(shí)失去了E和F 2個(gè)鄰居．因此，BNM策略認(rèn)為節(jié)點(diǎn)失去 2個(gè)或以上鄰居，是自身移動(dòng)造成的；只丟失1個(gè)鄰居，是相應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)造成的．

3)D移動(dòng)到位置2

如果節(jié)點(diǎn)F不存在，D將只丟失1個(gè)鄰居E，而E丟失了鄰居D．不同的是，D除了丟失E之外，也增加了新的鄰居 A．節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)時(shí)，通信范圍的改變將可能引入新的鄰居．因此，BNM策略認(rèn)為，失去 1個(gè)鄰居同時(shí)有新的鄰居發(fā)現(xiàn)的情況，是自身節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起的．

4)D移動(dòng)到位置4

D失去鄰居B，沒(méi)有增加新的鄰居．B是D的父節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，鄰域內(nèi)有最佳通信質(zhì)量的路由節(jié)點(diǎn)，因此，父子鏈路中斷對(duì)子節(jié)點(diǎn)影響較大．BNM 策略認(rèn)為，如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)失去連接，是子節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起的．

基于以上分析，得到 ERD傳輸方式下，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)判定的方法，流程如圖 6所示．節(jié)點(diǎn)在鄰居表更新過(guò)程中，將原始鄰居表暫存，用新的鄰居表和其進(jìn)行比較．如果失去 2個(gè)或以上鄰居，節(jié)點(diǎn)認(rèn)為自身發(fā)生移動(dòng)．如果全部原有鄰居信息仍有效，則判定節(jié)點(diǎn)未移動(dòng)．在恰好失去1個(gè)鄰居的情況下，將查看是否有新鄰居．如果有，節(jié)點(diǎn)判定自身移動(dòng)；否則，節(jié)點(diǎn)將檢查與父節(jié)點(diǎn)鏈路是否仍然有效．如果是，節(jié)點(diǎn)判定沒(méi)有移動(dòng)；否則認(rèn)為發(fā)生移動(dòng)．判定完成后，節(jié)點(diǎn)將清除原鄰居信息，并將當(dāng)前鄰居信息暫存．暫存的鄰居信息中，并不需要備份鄰居表所有域的內(nèi)容，只需要儲(chǔ)存鄰居的 PAN標(biāo)識(shí)符、網(wǎng)絡(luò)地址和關(guān)系 3項(xiàng)．每個(gè)鄰居的對(duì)應(yīng)內(nèi)存消耗為 33 bit，包括 16 bit的PAN ID信息，16 bit的網(wǎng)絡(luò)段地址信息和1 bit的節(jié)點(diǎn)關(guān)系信息．

最后，將分析 2種工作方式轉(zhuǎn)換需要注意的問(wèn)題．假定當(dāng)前節(jié)點(diǎn)工作在 ERD方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示，D從位置1移動(dòng)到4，依照節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的判定方法，該節(jié)點(diǎn)由于和父節(jié)點(diǎn)失去了連接則認(rèn)為發(fā)生了移動(dòng)．假設(shè)節(jié)點(diǎn) D不再發(fā)生運(yùn)動(dòng)，之后節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性下降并進(jìn)入 SRD工作方式．這時(shí)，D和原父節(jié)點(diǎn)失去連接，將重新尋找新的父節(jié)點(diǎn)．這時(shí)，由于ERD方式中的位置改變，導(dǎo)致D在進(jìn)入SRD方式后將進(jìn)行一次重新加入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程，從而誤認(rèn)為節(jié)點(diǎn)發(fā)生了位置變化．為了解決這個(gè)問(wèn)題，比較好的方式是在節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 SRD方式之后，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)進(jìn)程稍稍推遲啟動(dòng)，這樣既消除了誤差，也不需改變 ZigBee節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)制．在BNM策略中，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)進(jìn)程將推遲100,ms后執(zhí)行．

圖6 ERD傳輸中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)識(shí)別流程Fig.6 Flow chart of node moving recognition in ERD mode

4 仿真和分析

本文將 BNM 策略與傳統(tǒng)的單一路由方案進(jìn)行了比較．網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)有相同的數(shù)據(jù)發(fā)送參數(shù)．通過(guò)比較不同路由方式的總體數(shù)據(jù)流量，評(píng)價(jià)路由方法的效率．

4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)突變情況的性能仿真

首先研究 BNM 策略在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)突變情況下的路由性能．仿真使用 30個(gè)節(jié)點(diǎn)，全部為 FFD設(shè)備，穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置的概率服從均值為150,s的正態(tài)分布；不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中該均值為 20,s．仿真其他參數(shù)保持不變．仿真時(shí)間共 200,s，從仿真開(kāi)始到100,s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)配置，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持較穩(wěn)定的狀態(tài)；仿真第100,s，增加網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，將節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的參數(shù)改為不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中的配置，以模擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中不可預(yù)見(jiàn)的突發(fā)情況．仿真結(jié)果如圖 7所示．在仿真前 100,s，網(wǎng)絡(luò)處在穩(wěn)定狀態(tài)．SRD較ERD算法有更高的路由效率．對(duì)于BNM策略，這階段節(jié)點(diǎn)工作在SRD方式，性能和SRD算法基本相似．仿真100,s后，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降．ERD算法性能改變不大；SRD算法的表現(xiàn)急劇下降，仿真后期有非常高的網(wǎng)絡(luò)整體流量．而 BNM策略，對(duì)系統(tǒng)突發(fā)的變化，有較好的穩(wěn)定性．由于BNM策略中工作模式的轉(zhuǎn)換是通過(guò)判斷節(jié)點(diǎn)移動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定時(shí)，仍采用 SRD算法傳輸，所以其性能總體優(yōu)于 ERD算法．從仿真可以看到，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的突發(fā)變動(dòng)，BNM 策略通過(guò)對(duì)路由方式的選擇，有效地提高了路由的效率．在仿真的后 100,s，BNM對(duì)于SRD和ERD算法，效率分別提升約18.2%和7.5%.

圖7 BNM策略網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)突變情況下的路由性能Fig.7 Routing performance of BNM in sudden change of network structure

本文對(duì) BNM 策略長(zhǎng)期工作中的總體路由性能也進(jìn)行了仿真．仿真時(shí)間為 12,min，網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)參數(shù)保持不變．仿真過(guò)程如下：節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性初始設(shè)置為穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，之后每 3,min改變一次網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性狀態(tài)，共改變 3次．網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)下各運(yùn)行6,min．仿真結(jié)果如表3所示．

表3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)突變情況下不同路由方式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量Tab.3 Network loads of different routing modes in sud-den change of network structure

為了方便分析，每3,min稱(chēng)為仿真的一個(gè)階段．在仿真第 1和第 3階段，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，SRD比ERD有更好的路由效率．對(duì)于BNM策略，在第1階段，網(wǎng)絡(luò)初始化后直接進(jìn)入SRD工作方式，和SRD算法有非常接近的性能．而在第 3階段，節(jié)點(diǎn)先前第 2階段工作在 ERD方式時(shí)更新了自己的路由表，在網(wǎng)絡(luò)回歸穩(wěn)定態(tài)后，這些信息可以繼續(xù)用來(lái)優(yōu)化路由，因此，BNM 策略在第 3階段有更低的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量．在第2和第4階段，網(wǎng)路突發(fā)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)之后，ERD方式影響不大，而 SRD方式的網(wǎng)絡(luò)總體流量值升高較多．而B(niǎo)NM策略有著比ERD算法更低的平均網(wǎng)絡(luò)流量．經(jīng)仿真測(cè)試，BNM策略較SRD和ERD算法，路由效率分別提升6.3%和7.4%．

4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可預(yù)測(cè)情況的性能仿真

本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可預(yù)測(cè)的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中BNM的路由性能進(jìn)行了仿真．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)未知以及可能存在的分塊效應(yīng)會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)較大的影響．仿真參數(shù)設(shè)置如下：節(jié)點(diǎn)數(shù)30個(gè)，仿真時(shí)間200,s，節(jié)點(diǎn)保持靜止的時(shí)間服從正態(tài)分布，期望值取值分別為 5、20、50、150,s，每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)取其中任一值，每個(gè)值被選取的概率相等．每 100,s，節(jié)點(diǎn)重新設(shè)置保持靜止時(shí)間概率的均值．節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)的設(shè)定參數(shù)同之前的仿真保持一致．仿真結(jié)果如圖 8所示．SRD算法性能起伏劇烈，而 ERD方式受節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性變化影響較小，性能較穩(wěn)定，但由于本身重復(fù)路由和路由廣播的缺陷，路由效率較低．BNM策略可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性變化，動(dòng)態(tài)的選擇路由方式，同時(shí)發(fā)揮HRP和Z-AODV算法的優(yōu)勢(shì)，在仿真中有最低的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量．在仿真后期其路由效率接近ERD方式，這是由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性較高時(shí)，BNM策略的工作原理將和 ERD算法一致．而較短的仿真時(shí)間，使穩(wěn)定區(qū)域的識(shí)別工作受到限制，影響了 BNM策略的效率．本仿真主要研究該策略的實(shí)時(shí)性能變化趨勢(shì)，從中可以得出結(jié)論，BNM 策略的路由性能不低于任一原有方法，而且性能變化也比較穩(wěn)定，有最高的路由效率．經(jīng)測(cè)算，本仿真中 BNM的平均效率相對(duì)于ERD算法，約提升5.6%．

為了測(cè)試在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，BNM 策略長(zhǎng)期工作的性能，本文進(jìn)行了進(jìn)一步的仿真．仿真參數(shù)設(shè)置如下：節(jié)點(diǎn)數(shù)30個(gè)，仿真時(shí)間10,min，節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置時(shí)間的概率服從正態(tài)分布，均值等概率隨機(jī)選取為5、20、50、150,s中任一值．每100,s節(jié)點(diǎn)重新設(shè)置保持當(dāng)前位置時(shí)間概率的均值，選取方法不變．節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)的等參數(shù)保持不變．仿真結(jié)果如表4所示．

SRD方式有最高的網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)數(shù)據(jù)流量和平均數(shù)據(jù)流量．在樹(shù)型結(jié)構(gòu)無(wú)法保持穩(wěn)定的狀態(tài)下，SRD的路由效率變化起伏最大而且平均性能最差．ERD方式雖然在網(wǎng)絡(luò)最高和最低瞬時(shí)流量之間相差最小，表現(xiàn)最穩(wěn)定，但是網(wǎng)絡(luò)平均數(shù)據(jù)流量較高．BNM 策略有最好的最高和最低瞬時(shí)流量，以及網(wǎng)絡(luò)平均數(shù)據(jù)流量．說(shuō)明該策略既提升了總體路由效率，也保證了瞬時(shí)的路由性能．在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可預(yù)測(cè)的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，BNM策略較原有的單一路由方式有更好的路由效率，相對(duì)于SRD和ERD算法，分別提升了6.6%和5.8%．

表4 不可預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不同路由方式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量Tab.4 Network loads of different routing modes in unpredictable network structure

5 結(jié) 語(yǔ)

本文基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)支持的2種路由方式的性能測(cè)試，分析了不同路由方式適用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境．基于此，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的自適應(yīng)路由選擇策略，即BNM策略．BNM策略通過(guò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性變化，自適應(yīng)選擇路由方式以改善ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由效率．為了避免在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)信息獲取過(guò)程中引入額外的數(shù)據(jù)流量，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)命令監(jiān)測(cè)和鄰居信息變化的移動(dòng)判定算法．經(jīng)仿真測(cè)試，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的突發(fā)變化以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可預(yù)測(cè)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，該策略都可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)整體流量，降低節(jié)點(diǎn)能耗．

［1］ Jung J Y，Lee J W. Improved ZigBee connection method for healthcare device[C]// 2006 International Conference on Hybrid Information Technology. Chejusland，Korea，2006(1)：673-676．

［2］ 053474r06 ZigBee Specification Version 1.0[S]. USA：ZigBee Alliance，2004.

［3］ Wheeler A. Commercial applications of wireless sensor networks using ZigBee[J]. IEEE Communications Magazine，2007，45(4)：70-77.

［4］ Ran Peng，Sun Maoheng，Zou Youmin. ZigBee routing selection strategy based on data services and energybalanced ZigBee routing[C]// IEEE Asia-Pacific Conference on Services Computing. Guangzhou，China，2006：400-404.

［5］ Lee Kwang Kong，Kim Seong Hoon，Choi Yong Soon，et al. A mesh routing protocol using cluster label in the ZigBee network[C]// IEEE International Conference on Mobile Ad Hoc and Sensor Systems. Vancouver，Canada，2007：801-806．

［6］ Cui Xiaoyan，Chen Mengxiao，Wei Zhang，et al. Research on routing improvement based on ZigBee[C]// 2009 2nd IEEE International Conference on Broadband Network and Multimedia Technology. Beijing，China，2009：791-794.

［7］ Mu Jiasong，Liu Kaihua. Effect of node mobility and network dimension to the ZigBee routing method[C] // 6th International Conference on Wireless Communications，Network and Mobile Computing. Chengdu，China，2010：1-5.

［8］ Liang Nia-Chiang，Chen Ping-Chieh，Sun Tony，et al. Impact of node heterogeneity in ZigBee mesh network routing[C]// Systems，Man and Cybernetics．Taipei，China，2006：187-191.

［9］ Chakeres I D，Luke Klein-Berndt. AODVjr：AODV simplified [J]. ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review，2002，6(3)：100-101.

［10］ Chen Tsu-Wei，Gerla M. Global state routing：A new routing scheme for ad-hoc wireless networks [C]// Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Communications. Atlanta，USA，1998：171-175.

［11］ Kim Yu-Doo，Moon Il-Young. Improved AODV routing protocol for wireless sensor network based on Zig-Bee[C]// 11th International Conference on Advanced Communication Technology. Phoenix Park，USA，2009：859-862.

［12］ Reinisch C，Kastner W，Neugschwandtner G. Multicast communication in wireless home and building automation：ZigBee and DCMP [C]// 12th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation. Patras，Greek，2007：1380-1383.

［13］ Reinisch C，Kastner W，Neugschwandtner G，et al. Wireless technologies in home and building automation[C]// IEEE International Conference on Industrial Informatics. Vienna，Austria，2007：93-98.

Routing Selection Strategy Based on Node Mobility in ZigBee Network

MU Jia-song，LIU Kai-hua，SHI Wei-guang
(School of Electronic Information Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

To improve the routing efficiency and reduce the node power consumption in ZigBee network，a routing selection strategy based on node mobility was proposed. Both the hierarchical routing based on address allocation and the routing method based on routing discovery are available in ZigBee network. In the strategy，the node chose the routing method self-adaptively on the basis of the change of node mobility. Nodes recognized the mobility variety through the change of parameters in neighbor table to avoid the extra network load. The simulation results showed that the routing strategy based on node mobility，compared with original single routing schemes，had better routing efficiency and improved the routing performance in ZigBee network.

ZigBee network；routing selection；self-adaption；node mobility

TN92

A

0493-2137(2012)04-0301-08

2011-01-28；

2011-08-22.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60872001).

穆嘉松（1983— ），男，博士，mujiasong@yahoo.com.cn．

劉開(kāi)華，liukaihua@tju.edu.cn.