A. zigbee路由協議具有怎樣的特點
一、ZigBee網路層次結構與地址分配機制
ZigBee網路中的所有節點都有兩個地址：一個16位網路短地址和一個64位IEEE擴展地址。其中16位網路地址僅僅在網路內部使用，用於路由機制和數據傳輸。這個地址是在節點加入網路時由
其父節點動態分配的。當網路中的節點允許一個新節點通過它加入網路時，它們之間就形成了父子關系。所有加入ZigBee網路的節點一同組成一棵邏輯樹，邏輯樹中的每一個節點都擁有以下兩個參量：
1)16-bit的網路地址。只負責節點之間數據傳輸
2)網路深度。即從該節點到根節點協調器的最短跳數，標識了該節點在網
絡拓撲圖中的層次位置。
當協調器(coordinator)建立了一個新的網路後，它首先將自己的16位網路地址初始化為O，同時初始化自己的網路深度Deptg,=0。
以
下通過一個具體的實例來說明ZigBee網路父節點為子節點分配16位地址的規范。假設一個節點Node(n)想要加入網路。Node(n)首先發起網路
發現過程，獲取信道上的信標並進行信道選擇後，決定連接到已經在網路中的節點Node(k)。隨後Node(n)向Node(k)發起入網的關聯請求。關
聯請求獲得批准後，Node(n)式加入網路。Node(k)稱為Node(n)的父節點。可以假設已經存在在網路中的父節點Node(k)的地址為
Depthk=Depthk+1。
如
圖是ZigBee樹狀結構視圖。這里引入三個輔助參數： 參數表示每個深度可以容納的最大子節點個數（Max Children），
表示每個深度可以容納的最大路由器個數（Max Router），。
表示整個網路的最大深度。根據以上說明，ZigBee網路父節點為網路深度d,子節點進行地址分配的規則如下：
（1）假設節點Node(n)是接入其父節點的第n個簡化功能設備節點(RED)，即沒有路由能力的節點，則它的父節點Node(n)將會為它分配如F的地址：
（2）設節點Node(n)是接入其父節點的第n個全功能設備節點(FFD)，即具各路由能力的節點，則它的父節點Node(n)將會為它分配如下的地址：
其中
當一個路由節點的 為0時，它就不再具備為子節點分配地址的能力，即該路由節點不能在接收新的節點加入網路。
二、ZigBee路由協議分析
路
由技術主要作用是為數據以最佳路徑通過通信子網到達目的節點提供服務。在傳統的OSI參考模型中，網路層實現路由功能。路由協議是自組網體系結構中不可或
缺的重要組成部分，其主要作用是發現和維護路由．具體的說主要有以下幾個方面：監控網路拓撲結構的變化，交換路由信息，確定目的節點的位置，產生、維護以
及取消路由，選擇路由並轉發數據。。為了達到低成本，低功耗，可靠性高的設計目標，ZigBee協議採用以下兩種演算法的結合體作為自身的路由演算法[1]
[2]。
（1） AODV：Ad-Hoc On-Demand Distance Vector（按需距離矢量路由）
（2） Cluster-Tree algorithm（樹型網路結構路由）
其
中AODV路由協議是一種按需路由協議，利用擴展環搜索的辦法來限制搜索發現過的目的節點的范圍，支持組播，可以實現在ZigBee節點間動態的，自發的
路由，使節點很快的獲得通向所需目的的的路由。這也是ZigBee路由協議的核心。針對自身的特點，ZigBee網路中使用一種簡化版本的AODV協議
（AODV Junior，AODVjr[3]）。
Cluster-Tree演算法包括地址的分配（configuration of addresses）與定址路由兩部分（addresses routing）。包括子節點的16位網路短地址的分配，以及根據目的節點的網路地址來計算下一跳的演算法。
作
為兩種演算法的結合體，ZigBee網路中，節點可以按照網路樹狀結構的父子關系使用Cluster-Tree演算法選擇路徑。即每一個節點都會試圖將收到的
信息包轉發給自己的後代節點，如果通過計算發現目的地址不是自己的一個後代節點，則將這個數據包轉發給自身上一級的父節點，由父節點進行類似的判斷處理，
直到找到目的節點。Cluster-Tree演算法的特點在於使不具有路由功能的節點間通過與各自的父節點間的通信仍然可以發送數據分組和控制分組，但它的
缺點是效率不高。為了提高效率，ZigBee中允許具有路由功能的節點使用AODVjr演算法去發現路由，讓具有路由功能的節點可以不按照父子關系而直接發
送信息到其通信范圍內的其他節點。
三、Cluster-Tree路由演算法
Cluster-
Tree路由演算法的描述如下：當一個網路地址為A，網路深度為d的路由節點（FFD）收到目的地址為D的轉發數據包時，路由節點首先要判斷目的地址D是否
為自身的一個子節點，然後根據判斷的結果採取不同的方式來處理這個數據。若地址D滿足一下判別式，則可以判斷D地址節點是A地址節點的一個後代節點：
如果D不在這個范圍之內則D地址節點是A地址節點的父節點。
判斷後採取的數據包轉發措施如下：
1） 目的節點是自身的一個後代節點，則下一跳（next hop）的節點地址為
2） 目的節點不是自身的一個後代節點，路由節點將把該包送交自己的父節點處理。這一點與TCP/IP協議中路由器將路由表項中不存在的數據包自己的網關處理類似。
四、AODVjr路由演算法
AODVjr路由時一種按需分配的路由協議，只有在路由節點接收到網路數據包，並且網路數據包的目的地址不在節點的路由表中時才會進行路由發現過程。也就是說，路由表的內容是按照需要建立的，而且她可能僅僅是整個網路拓撲結構的一部分。
AODVjr
的優點是，相對於有線網路的路由協議而言，它不需要周期性的路由信息廣播，節省了一定的網路資源，並降低了網路功耗。缺點是在需要時才發起路由尋找過程，
會增加數據到達目的地址的時間。由於ZigBee網路中對數據的實時性要求不大，而更重視對網路能量的節省，因此AODVjr非常適合應用在ZigBee
網路中。
一次路由建立由以下三個步驟組成：
1） 路由發現
2） 反向路由建立
3） 正向路由的建立
經過這三個步驟，即可建立起一條路由節點到目的節點的有效傳輸路徑。在這個路由建立過程中，AODVjr使用3種消息作為控制信息：
1)Route Request(RREQ)，路由請求
2)Route Replies(RREP)，路由回復
3)Route Error(RERR)，路由錯誤
以下將對路由建立的三個過程進行詳細描述。
(1)路由發現過程
對於一個具有路由能力的節點，當接收到一個從網路層的更高層發出的發送數據幀的請求，且路由表中沒有和目的節點對應的條目時，它就會發起路由發現過程。源節點首先創建一個路由請求分組(RREQ)，並使用多播(Multi．Broadcast)的方式向周圍節點進行廣播。
如果一個節點發起了路由發現過程，它就應該建立相應的路由表條目和路由發現表條目，狀態設置為路由發現中。任何一個節點都可能從不同的鄰居節點處接收到廣播的RREQ。接收到後節點將進行如下分析：
1)如果是第一次接收到這個RREQ消息，且消息的目的地址不是自己，則節點會保留這個RREQ分組的信息用於建立反向路徑，然後將這個RREQ消息廣播出去。
2)如果之前已經接受過這個RREQ消息，表明這是由於網路內多個節點頻繁廣播產生的多餘消息，對路由建立過程沒有任何作用，則節點將丟棄這個消息。
(2)反向路由建立過程
當
RREQ消息從一個源節點轉發到不同的目的地時，沿途所經過的節點都要自動建立到源節點的反向路由。也就是記錄當前接收到的RREQ消息是由哪一個節點轉
發而來的的。通過記錄收到的第一個RREQ消息的鄰居地址來建立反向路由，這些反向路由將會維持一定時間，該段時間足夠RREQ消息在網內轉發以及產生的
RREP消息返回源節點。
當RREQ消息最終到達了目的節點，節點驗證RREQ
中的目的地址為自己的地址之後，目的節點就會產生RREP消息，作為一個對RREQ消息的應答。由於之前已經建立了明確的反向路由，因此RREP無需進行
廣播，只需按照反向路由的指導，採取單播的方式即可把RREP消息傳送給源節點。
(3)正向路由建立過程
在
RREP以單播方式轉發回源節點的過程中，沿著這條路徑上的每一個節點都會根據PREP的指導建立到目的節點的路由，也就是說確定到目的地址節點的下一跳
(next-hop)。方法就是記錄RREP是從哪一個節點傳播而來．然後將該鄰居節點寫入路由表中的路由表項。一直到RREP傳送到源節點。至此．一次
路由建立過程完畢。源節點與目標節點之間可以開始數據傳輸。可以看出，AODV是按照需求驅動的、使用RREQ．RREP控制實現的、先廣播，後單播的路
由的路由建立過程。
具體請看：http://hanbo31.blog.163.com/blog/static/12282196820114319221316/
B. 無線感測器網路路由協議有哪些基本分類簡述spin路由演算法特點
（1）能量優先
傳統路由協議在選擇最優路徑時，很少考慮節點的能量消耗問題。而無線感測器網路中節點的能量有限，延長整個網路的生存期成為感測器網路路由協議設計的重要目標，因此需要考慮節點的能量消耗以及網路能量均衡使用的問題。
（2）基於局部拓撲信息
無線感測器網路為了節省通信能量，通常採用多跳的通信模式，而節點有限的存儲資源和計算資源，使得節點不能存儲大量的路由信息，不能進行太復雜的路由計算。在節點只能獲取局部拓撲信息和資源有限的情況下，如何實現簡單高效的路由機制是無線感測器網路的一個基本問題。
（3）以數據為中心
傳統的路由協議通常以地址作為節點的標識和路由的依據，而無線感測器網路中大量節點隨機部署，所關注的是監測區域的感知數據，而不是具體哪個節點獲取的信息，不依賴於全網唯一的標識。感測器網路通常包含多個感測器節點到少數匯聚節點的數據流，按照對感知數據的需求、數據通信模式和流向等，以數據為中心形成消息的轉發路徑。
（4）應用相關
感測器網路的應用環境千差萬別，數據通信模式不同，沒有一個路由機制適合所有的應用，這是感測器網路應用相關性的一個體現。設計者需要針對每一個具體應用的需求，設計與之適應的特定路由機制。
針對感測器網路路由機制的上述特點，在根據具體應用設計路由機制時，感測器網路需滿足一定的路由機制。
C. 無線感測網多跳路由節點能耗怎麼計算
(1)根據無線感測器網路中因節點有效傳輸半徑對路由選擇的制約，改進基於最小生成樹的分簇多跳路由演算法，改善因路由選擇對網路能耗的影響。該演算法利用Voronoi圖的泊松過程特性優化簇首節點數，並結合最小生成樹動態調整簇內外節點的路由發現實現網路能耗優化。模擬結果表明該演算法在開銷容忍的前提下，網路均衡負載，並與相同模擬條件下的基於LEACH的分層多跳路由演算法相比，更有效地延長了網路壽命，同時降低了計算時間復雜度。
(2)針對無線感測器網路中感測器節點投放分布對投放區域有效通信信號覆蓋的影響，改進了一種基於通信覆蓋的分布式投放概率覆蓋演算法。在保證投放精度的前提下，該演算法根據感測器節點在投放區域中位置的不確定性以及信號衰減特性，建立信號覆蓋模型，並通過信號覆蓋率計算出各節點預定投放位置，由感測器節點的自定位演算法獲取定位信息為前提，獲取節點的投放位置和投放數目。在改善區域通信覆蓋的同時，提高了節點分布效率，達到節省網路資源的目的。通過模擬比較了在不同定位投放方法下的各相關性數據，驗證了該演算法可實現高效投放的優越性能。
(3)在關於無線感測器網路應用方面，提出了在實現投放區域有效通信信號覆蓋的基礎上保證局部能量有效損耗的路由設計要求，由此提出了基於多跳路徑劃分子空間的分簇路由演算法。該路由演算法在獲得相應的節點拓撲分布的前提下實現了能量平均損耗，而節點拓撲的獲取則通過採用高斯分布的定位誤差模型與馬爾可夫鏈性質相結合，改進了以前演算法對於感測器節點拓撲結構的獲取。通過對整個演算法的模擬，得到的相關數據證明了演算法在實現網路硬體資源優化和能量有效損耗方面所具有的較好的性能。
(4)在對運動目標跟蹤定位的研究中，對於無法得知目標的運動狀態方程和觀測雜訊的概率密度分布的情況時，提出基於粒子濾波和曲線准線性優化的目標跟蹤演算法。演算法利用感測器節點的感知圓的幾何特性確定目標的運動區域的邊界限制，借鑒cost
reference粒子濾波演算法，估計出目標的運動軌跡，隨後通過曲線的線性近似簡化了目標運動軌跡的估計，同時也獲取了目標的速率的可控估計，模擬結果證明了所提演算法的高效性。根據實際應用中可能出現部分的感測器節點失效的情況，引入了節點的失效檢測，並以貝葉斯概率分布估計糾正失效節點對原目標狀態做的判斷，提高失效節點所在感知區域的容錯能力，改善了目標跟蹤定位的精度。