基于软件无线电的异构无线网络互联关键技术研究

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近年来ZigBee和WiFi等无线通信技术迅速发展,形成了异构无线网络相互共存和共同部署的局面。ZigBee联盟提出ZigBee-WiFi网络概念,将ZigBee与WiFi结合起来,使异构无线网络ZigBee与WiFi互联互通,发挥各自的优势并弥补对方的不足。然而,传统方法采用专用的集成硬件互联异构网络ZigBee与WiFi,构建出ZigBee-WiFi网络,但存在扩展性和灵活性差以及无法支持新的物理层和信号处理算法等缺陷,本文将采用新兴的软件无线电技术构建ZigBee-WiFi网络,同时针对ZigBee-WiFi网络下ZigBee节点能量消耗问题,改进传统的ZBR(ZigBee Routing)路由算法,延长网络生存周期。本文研究工作主要有以下两方面:针对传统方法采用专用集成硬件构建ZigBee-WiFi网络存在的不足,本文利用开源软件无线电平台GNU Radio创建ZigBee-WiFi网关流图,并结合通用软件无线电外设构成ZigBee-WiFi网关,通过网关互联异构无线网络ZigBee与WiFi,构建出ZigBee-WiFi网络。软件无线电通过软件实现信号处理组件,构建出灵活通用的ZigBee-WiFi网关,通过在真实场景下测试ZigBee-WiFi网关,结果表明网关具有良好的ZigBee数据包接收率和实时信号处理能力,可接收解调ZigBee数据包并提取有效载荷,根据载荷封装形成WiFi数据帧并发射,并且ZigBee-WiFi网关发送WiFi数据帧时具有较强的抗干扰能力。同时针对ZigBee-WiFi网络下ZigBee节点的能量消耗,改进传统ZBR路由算法存在的不足,提出基于能量优化的路由算法EOZBR。该算法通过引入节点能量等级、路由代价和重新设计的邻居表,改进ZBR路由算法中的Cluster-Tree算法和AODVjr算法,并限制路由请求分组的传播方向。另外该算法引入分簇思想将网络划分为若干个逻辑簇,在簇内采用改进的Cluster-Tree算法,簇间执行改进的AODVjr算法。并且节点能量等级跟随能量阈值动态变化,然后节点依据能量等级采取不同的路由策略。通过NS2仿真平台测试,表明EOZBR路由算法相较于ZBR路由算法,在网络剩余能量、节点死亡数目、平均端到端时延、分组递交率四个方面都有较大改善,延长了网络的生存周期,提升ZigBee与WiFi互联的稳定性。
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