第37卷?第10期?2015-10(下)?
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收稿日期：2015-04-24
基金项目：基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统研究（BK2014074）
作者简介：邹强文（1990 -），男，江苏邳州人，硕士研究生，研究方向为无线传感器网络
。
ZigBee 树路由改进算法研究
An improved tree routing algorithm in ZigBee networks
邹强文，张小萍，陈厚军，徐海黎
ZOU Qiang-wen, ZHANG Xiao-ping, CHEN Hou-jun, XU Hai-li
（南通大学 机械工程学院，南通 226019）
摘 要：ZigBee树路由(ZTR)算法由于其不需要路由表和路由发现就能发送数据包的优点，广泛应用
于内存资源有限的设备中。然而，ZigBee树路由算法必须遵循树型拓扑结构，因而不能提供最佳路由路径。为此提出了一种STR算法，它可以利用邻居表提供近似最佳路由路径并保留了ZigBee树路由算法不需路由发现及内存开销低的优点。仿真结果表明，该算法有效的减少了路由消耗，节约了网络的能量，并延长了网络的使用寿命。
关键词：ZigBee网络；树路由；快捷树路由；邻居表；高效节能中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)10(下)-0051-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.20.15
0 引言
近年来，无线传感网络（W i r e l e s s S e n s o r Networks ，WAN ）作为物联网的关键技术之一，成为当前的研究热点。为此，涌现了一批无线传感网络协议，如ZigBee 、蓝牙、超宽带和无线USB 等等。由于ZigBee 是基于IEEE 802.15.4[1]
标准的低速率、低功耗、低成本、低复杂度、高安全性、自组织、可拓展的无线个域网协议， ZigBee 网络已被广泛应用于诸多领域，如楼宇自动化、智能家居、保健、智能能源、电信和零售服务等
[2～4]
。
ZigBee 协议的物理层（PHY ）和媒体接入层(MAC)是由IEEE 802.15.4定义的，在此基础上，ZigBee 联盟制定了ZigBee 协议的网络层和应用层，由此组成了ZigBee 标准协议。在ZigBee 协议网络层[5]中定义了基于分层地址分配的ZigBee 树路由（ZTR ）算法和基于路由表的AODVjr 路由算法。由于ZTR 算法无需路由表和路由发现过程，在内存资源有限的设备中，有着广泛的应用。但是ZTR 必须遵循树型拓扑结构的基本限制，从而导致跳数多，上层节点能量消耗过快等问题。针对以上问题，戚剑超[6]和刘丹[7]等提出利用邻居表来减少ZTR 算法跳数多的问题，但当在目的节点是转发节点的子节点时，都选择将数据包按树型结构向下发送给相应的子节点，改进后算法一定程度上减少了路由跳数，但效果并
不显著。尚雪辉[8]和Atefeh Khatiri [9]等提出了综合跳数、节点能量消耗和链路质量的节点选择优化函数，转发节点计算所有邻居节点的函数值，将有最优解的邻居节点做为下一跳节点，这种方法虽然综合了三种因素，但也正是由于这个原因，函数并不能保证向目的节点收敛，结果导致算法丢包率过高。Saeyoung Ahn [10]等提出了目的节点家庭组（Destination Family Group ）的概念，将目的节点的父节点，子节点，隔代父，子节点看做一个家庭，基于此概念提出了Destination Family Group-Tree Routing （DFG-TR ）算法。该算法在转发节点的邻居表中没有目的节点的情况下，继续寻找目的节点的家庭成员作为其下一跳节点，以此达到减少跳数的目的。但是该算法只是考虑了邻居节点中存在目的节点家庭成员的特殊情况，在减少跳数和节约能量方面的效果并不明显。本文对ZTR 算法进行深入研究，通过对ZTR 算法的改进，提出了快捷树路由（Shortcut Tree Routing ，STR ）算法并对其进行了算法仿真与分析。
1 ZigBee 的网络块地址分配和块寻址方法
ZigBee 支持星型，树型和网状型三种网络拓扑结构，其结构如图1所示。另外在ZigBee 协议中，还定义了两种节点类型，即全功能节点(FFD)和精简功能节点(RFD)。FFD 有路由功能，可以作为网络的协调器和路