基于WIFI的智能家居路由协议的设计与实现

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随着网络通信技术以及自动控制技术的快速发展,人们对家居环境的舒适度和智能化的要求越来越高,智能家居的应用越来越广泛。传统的智能家居系统大都采用有线接入方式,但是这种接入方式布线麻烦、升级和维护困难、可扩展性差。由于无线接入方式在成本、可扩展性等方面的优势,以及多媒体设备间高速传输的迫切需求,因此采用WIFI技术进行接入是智能家居的发展趋势。由于Ad Hoc网络的多跳通信和自组织性等优势,将Ad Hoc网络运用于家庭内部网络的组建上,可以扩大通信范围。智能手机通过Ad Hoc网络接入Internet,不仅可以给用户提供更好的信号质量,而且扩展了Ad Hoc网络在智能家居中的应用。目前,已经研究出了很多针对Ad Hoc网络的路由协议,这些路由协议都是针对特定的移动通信场景而设计的。由于家庭内部网络中节点移动速率较低、数量较少、对通信速率需求较高,使得传统Ad Hoc网络的路由协议并不适用于智能家居应用场景。因此,本文设计了一种适用于智能家居应用场景的路由协议。对家庭内部网络中的节点进行分级,并使节点分阶段发送路由请求,很好地解决了网络拥塞问题,提高了路由建立的可靠性。综合考虑居住面积和家庭内网节点总数目等因素,将路由协议的最大跳数设定为三跳,这样既可以满足用户需求,又可以减少路由协议的开销。考虑到链路质量对网络性能的影响,本文给出了一种基于路径稳定度(Stability of Path,SP)的路由选择算法,根据端到端的丢包率和节点作为中间转发节点的频率定量分析路径稳定度,选择路径稳定度最高的路径作为最优路径。为了对设计的路由协议进行理论性能分析,本文利用概率论建立数学模型,在给定成功概率的情况下,计算出了节点的平均入网时间和最长入网时间。通过MATLAB仿真,得到不同节点数目下,平均时间和最长时间随着时隙数的变化曲线,经过分析得到最优入网时间下时隙数的选择,给实际系统中参数的设定提供理论参考。为了得到设计的路由协议的实际运行性能,本文在嵌入式Linux平台上实现了路由协议的关键部分,并测试了协议的性能。最后对设计的协议进行了总结,指出了需要改进和优化的方面。
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