Z i g B e e路由算法分析
摘要基于IEEE802.15.4标准的ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。
关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由
1 概述
ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。
2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。
2 网络层的研究
ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。
图1 ZigBee技术协议组成
PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。
网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。
2.1 ZigBee的网络拓扑结构
ZigBee定义了三种拓扑结构：星型拓扑结构（Star），主要为一个节点与多个节点的简单通信设计；树型拓扑结构（Tree），使用分等级的树型路
由机制；网格型拓扑结构（Mesh），将Z-AODV和分等级的树型（Tree）路由相结合的混合路由方法。三种拓扑结构如图2 所示。
图2 网络的三种拓扑结构
ZigBee定义了三种设备类型：ZigBee协调器（ZigBee Coordinator，ZC），用于初始化网络信息，每个网络只有一个ZC；ZigBee路由器（ZigBee Router，ZR），它起监视或控制作用，但它也是用跳频方式传递信息的路由器或中继器；ZigBee终端设备（ZigBee End Device，ZED），它只有监视或控制功能，不能做路由或中继之用。
在IEEE标准中，ZED被称为精简功能设备（Reduced-Function Device，RFD），ZC和ZR被称作全功能设备（Full-Function Device，FFD）。
2.2 网络层路由算法的分析
网络层支持Tree、Z-AODV、Tree + Z-AODV等多种路由算法。
2.2.1 AODV路由协议
DSDV（destination-sequenced distance-vector）协议是一个基于传统的BellmanFord路由机制的表驱动算法，被认为是最早的无线自组网络路由协议。DSDV在传统的distance-vector算法的基础上采用了序列号机制，用于
区分路由的新旧程度，防止distance-vector算法可能产生的路由环路。DSDV 采用时间驱动和事件驱动技术控制路由表的传送，即每个移动节点在本地都保留一张路由表，其中包括所有有效目的节点、路由跳数、目的节点路由序列号等信息，目的节点路由序列号用于区别有效和过期的路由信息以避免环路的产生。
DSR（dynamic source routing）协议是最早采用按需路由思想的路由协议，包括路由发现和维护两个过程。它的主要特点是使用了源路由机制进行数据包转发。
AODV(ad-hoc on-demand distance vector)协议在DSDV协议的逐跳路由、序列号、定期广播机制基础上，加入了DSR的按需路由发现和维护机制。
AODV在每个中间节点隐式保存了路由请求和应答的结果，并利用扩展环搜索（expanding ring research）的办法限制搜索发现目的节点的范围。AODV支持组播功能，支持QoS，而且AODV使用IP地址，便于同Internet连接。但AODV基于双向信道的假设，路由应答数据包直接沿着路由请求的反方向回溯到源节点，因而不支持单向信道。与DSDV保存完整的路由表不同的是，AODV通过建立按需路由来减少路由广播的次数，这是AODV对DSDV的重要改进。与DSR相比，AODV的好处在于源路由并不需要包括在每一个数据包中，这样会降低路由协议的开销。AODV是一个纯粹的按需路由协议，那些不在路径内的节点不保存路由信息，也不参与路由表的交换。
2.2.2 Z-AODV能量平衡路由
在ZigBee路由规范中没有过多的考虑能量控制，但是对于ad hoc无线网络来说，能量控制非常重要。因此提出了能量控制策略来改进ZigBee路由。
它将使节点避免用尽所有能量以至于过早的失去作用。当节点想要选择路径时，它将考虑路径上的节点的剩余能量。
Z-AODV算法是针对AODV（Ad hoc按需距离矢量路由协议）算法的改进，AODV是基于序列号的路由，它总是选择最新的路由。Z-AODV是基于路径的能量消耗的路由，考虑到节能、应用方便性等因素，简化了AODV的一些特点，但仍保持AODV的原始功能。
在路由选择和路由维护时，ZigBee的路由算法使用了路由成本的度量方法来比较路由的好坏。假定一个长度为L的路由P，则它的路由成本为：
其中，表示从节点D
i 到节点D
i+1
的链路成本。对于链路
l，链路成本可按照下面的表达式计算：
其中，p l为链路l中发送数据包的概率。
在ZigBee规范中没有涉及到p
l 的具体计算方法。p
l
可通过实际计算收
到的信标和数据帧来进行估计，即通过观察帧的响应序列号来检测丢失的帧，这就通常被认为最准确地测量接收概率的方法。但是，对于所有的方法来说，最直接和有效的方法就是基于IEEE 802.15.4 的MAC层和PHY层所提供的每一帧的LQI通过平均所计算的值。即使使用其他方法，最初的成本估计值也是基于平均的LQI值。可以根据驱动函数表来映射平均LQI值与C﹛l﹜值的关系（见表1）。
1.概述 1.1解析ZigBee堆栈架构 ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图1-1给出了这些组件的概况。 1.1.1ZigBee堆栈层 每个ZigBee设备都与一个特定模板有关，可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。 设备是由模板定义的，并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图1-1)。每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分，它们都是器件中可寻址的组件。 图1-1 zigbe堆栈框架 从应用角度看，通信的本质就是端点到端点的连接(例如，一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信，目的是将这些灯点亮)。 端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器，在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1-2就是设备及其接口的一个例子：
图1-1-2 每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点，即端点0和端点255。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理。应用程序可以通过端点0与ZigBee 堆栈的其它层通信，从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为ZigBee设备对象 (ZD0)。端点255用于向所有端点的广播。端点241到254是保留端点。 所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全和绑定提供服务，因此能够适配不同但兼容的设备，比如带灯的开关。APS使用网络层(NWK)提供的服务。NWK负责设备到设备的通信，并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过ZigBee设备对象(ZD0)对网络层参数进行配置和访问。 1.1.2 80 2.15.4 MAC层 IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征，它支持二种不同的射频信号，分别位于2450MHz波段和868/915MHz 波段。2450MHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868 /915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步，支持关联和去关联以及MAC 层安全：它能提供二个设备之间的可靠链接。 1.1.3 关于服务接入点 ZigBee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。 ZigBee堆栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。 1.1.4 ZigBee的安全性 安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是，系统的整体安全性是在模板级定义的，这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。 每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护，为了降低存储要求，它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的，要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee规范定义了信任中心的用
数据分析实验报告 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
第一次试验报告 习题1.3 1建立数据集，定义变量并输入数据并保存。 2数据的描述，包括求均值、方差、中位数等统计量。 分析—描述统计—频率，选择如下： 输出： 统计量 全国居民 农村居民 城镇居民 N 有效 22 22 22 缺失 均值 1116.82 747.86 2336.41 中值 727.50 530.50 1499.50 方差 1031026.918 399673.838 4536136.444 百分位数 25 304.25 239.75 596.25 50 727.50 530.50 1499.50 75 1893.50 1197.00 4136.75 3画直方图，茎叶图，QQ 图。（全国居民） 分析—描述统计—探索，选择如下： 输出： 全国居民 Stem-and-Leaf Plot Frequency Stem & Leaf 5.00 0 . 56788 数据分析实验报告 【最新资料，WORD 文档，可编辑修改】
2.00 1 . 03 1.00 1 . 7 1.00 2 . 3 3.00 2 . 689 1.00 3 . 1 Stem width: 1000 Each leaf: 1 case(s) 分析—描述统计—QQ图，选择如下： 输出： 习题1.1 4数据正态性的检验：K—S检验，W检验数据： 取显着性水平为0.05 分析—描述统计—探索，选择如下：（1）K—S检验
结果：p=0.735 大于0.05 接受原假设，即数据来自正太总体。 （2 ）W 检验 结果：在Shapiro-Wilk 检验结果972.00 w ，p=0.174大于0.05 接受原假设，即数据来自正太总体。 习题1.5 5 多维正态数据的统计量 数据：
第三章 ZigBee无线单片机 TI 公司的CC2530是真正的系统级SoC芯片,适用于2.4GHz IEEE 802.15.4,ZigBee和RF4CE应用。 CC2530包括了极好性能的一流的RF收发器，工业标准增强型8051 MCU，系统中可编程的闪存，8KB RAM，具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，以及许多其它功能强大的特性，结合仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈（Z-Stack?），提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。 CC2530可广泛应用在2.4-GHz IEEE 802.15.4系统， RF4CE遥控控制系统，ZigBee系统，家庭/建筑物自动化，照明系统，工业控制和监视，低功耗无线传感器网络，消费类电子和卫生保健等领域。 3.1 CC2530芯片的特点 CC2530是一个真正的用于2.4-GHz IEEE 802.15.4与Zigbee应用的SOC解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用对低成本、低功耗的要求。它结合了一个高性能2.4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧、高效的8051控制器。 CC2530芯片方框图如图3.1所示。含模块大致可以分为三类：CPU 和存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块，以及射频率相关的模块。CC2530在单个芯片上整合了8051兼容微控制器、ZigBee射频(RF)前端、存和FLASH存储器等，还包含串行接口(UART)、模/数转换器(ADC)、多个定时器(Timer)、AESl28安全协处理器、看门狗定时器(WatchDog Timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power 0n Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21个可编程IO口等外设接口单元。 CC2530芯片采用O.18um CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为20 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于30 mA或40 mA。CC2530的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。 CC2530的主要特点如下： ●高性能、低功耗、带程序预取功能的8051微控制器核。 ● 32KB/64KB/128KB或256KB的在系统可编程Flash。 ● 8KB在所有模式都带记忆功能的RAM。 ● 2.4GHz IEEE 802.15.4兼容RF收发器。 ●优秀的接收灵敏度和强大的抗干扰性能力。 ●精确的数字接收信号强度(RSSI)指示/链路质量指示(LQI)支持。 ●最高到4.5dBm的可编程输出功率。 ●集成AES安全协处理器，硬件支持的CSMA/CA功能。 ●具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC。 ●强大的5通道DMA。 ● IR发生电路。
ZigBee技术网络层的路由算法分析(1) 摘要基于IEEE802.15.4标准的 ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究 ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC 层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。
星形网络和树型网络可以看成是网状网络的一个特殊子集，所以接下来分析如何组建一个Zigbee网状网络。组建一个完整的Zigbee网络分为两步：第一步是协调器初始化一个网络；第二步是路由器或终端加入网络。加入网络又有两种方法，一种是子设备通过使用MAC层的连接进程加入网络，另一种是子设备通过与一个先前指定的父设备直接加入网络。 一、协调器初始化网络 协调器建立一个新网络的流程如图1所示。 图1 协调器建立一个新网络 1、检测协调器 建立一个新的网络是通过原语发起的，但发起原语的节点必须具备两个条件，一是这个节点具有ZigBee协调器功能，二是这个节点没有加入到其它网络中。任何不满足这两个条件的节点发起建立一个新网络的进程都会被网络层管理实体终止，网络层管理实体将通过参数值为INVALID_REQUEST的的原语来通知上层这是一个非法请求。 2、信道扫描
协调器发起建立一个新网络的进程后，网络层管理实体将请求MAC子层对信道进行扫描。信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程。首先对用户指定的信道或物理层所有默认的信道进行一个能量扫描，以排除干扰。网络层管理实体将根据信道能量测量值对信道进行一个递增排序，并且抛弃能量值超过了可允许能量值的信道，保留可允许能量值内的信道等待进一步处理。接着在可允许能量值内的信道执行主动扫描，网络层管理实体通过审查返回的PAN描述符列表，确定一个用于建立新网络的信道，该信道中现有的网络数目是最少的，网络层管理实体将优先选择没有网络的信道。如果没有扫描到一个合适的信道，进程将被终止，网络层管理实体通过参数仠为STARTUP_FAILURE的的原语来通知上层初始化启动网络失败。 3、配置网络参数 如果扫描到一个合适的信道，网络层管理实体将为新网络选择一个PAN描述符，该PAN描述符可以是由设备随机选择的，也可以是在里指定的，但必须满足PAN描述符小于或等于0x3fff，不等于0xffff，并且在所选信道内是唯一的PAN描述符，没有任何其它PAN描述符与之是重复的。如果没有符合条件的PAN描述符可选择，进程将被终止，网络层管理实体通过参数值为STARTUP_FAILURE的的原语来通知上层初始化启动网络失败。确定好PAN描述符后，网络层管理实体为协调器选择16位网络地址0x0000，MAC子层的macPANID参数将被设置为PAN描述符的值，macShortAddress PIB参数设置为协调器的网络地址。 4、运行新网络 网络参数配置好后，网络层管理实体通过原语通知MAC层启动并运行新网络，启动状态通过原语通知网络层，网络层管理实体再通过原语通知上层协调器初始化的状态。 5、允许设备加入网络 只有ZigBee协调器或路由器才能通过原语来设置节点处于允许设备加入网络的状态。当发起这个进程时，如果PermitDuration参数值为0x00，网络层管理实体将通过原语把MAC层的 macAssociationPermit PIB属性设置为FALSE，禁止节点处于允许设备加入网络的状态；如果 PermitDuration参数值介于0x01和0xfe之间，网络层管理实体将通过原语把macAssociationPermit PIB属性设置为TRUE，并开启一个定时器，定时时间为PermitDuration，在这段时间内节点处于允许设备加入网络的状态，定时时间结束，网络层管理实体把MAC层的macAssociationPermit PIB属性设置为FALSE；如果PermitDuration参数的值为0xff，网络层管理实体将通过原语把
1、正常人的脉搏平均72次/分，现测得10例某病患者的脉搏（次/分）：54，67，68，78，70，66，67，70，65，69，试问此病患者与正常人有无明显差异？ 解答：（1）定义变量：脉搏跳动次数。然后在变量视图和数据视图中分别输入数据，具体如下图： （2）本题研究的是此病患者脉搏跳动次数与正常人有无差异，因而应用单因素t 检验。故假设72=μ，即此病患者脉搏跳动次数与正常人无显著差异。（3）步骤：分析—比较均值—单因素t 检验
得到输出结果： Sig=0.037＜0.05，故拒绝原假设，接受备择假设，即此病患者脉搏跳动次数与正常人由于. 有显著差异。 2、比较两种茶多糖提取工艺的试验，分别从两种工艺中各取1个随机样本来测定其粗提取物中茶多糖的含量，问两种工艺的粗提物中茶多糖含量（单位：%）有无显著差异？ 醇沉淀法（x1）27.5227.7828.0328.8828.7527.94 超滤法（x2）29.3228.1528.0028.5829.0029.32 解答：（1）分别定义变量：工艺方法、茶多酚含量。然后在变量视图和数据视图中分别输入数据，具体如下图：
（2）本题研究的是醇沉淀法和超滤法这两种工艺的粗提物中茶多糖含量（单位：%）有无显著差异，因而应用独立样本t 检验。故假设21μμ=，即这两种工艺的粗提物中茶多糖含量无显著性差异。 （3）步骤：分析—比较均值—独立样本t 检验。 得到输出结果：
由于F检验. Sig=0.766＞0.05，故方差相等，即Equal variances assumed，选择第一行的数据。对于t检验. Sig=0.104大于0.05，故接受原假设，即这两种工艺的粗提物中茶多糖含量无显著性差异。 3、用四种不同型号的仪器对某种机器零件的七级光洁表面进行检查，每种仪器分别在同一表面上反复测四次，得数据如下，试从这些数据推断四种型号的仪器对测量结果有无显著差异? 仪器号数据 1 2 3 4-0.21-0.06-0.17-0.14 0.160.080.030.11 0.10-0.070.15-0.02 0.12-0.04-0.020.11 解答：（1）分别定义变量：仪器号、光滑度。然后在变量视图和数据视图中分别输入数据， 具体如下图：
毕业设计（论文） 题目：zig bee路由算法研究（zigbee R outing algorithm research） 姓名：王龙龙 学号：0904010117 指导教师：郝毫毫（副教授） 专业：测控技术与仪器 班级：测控01 所在学院：电气信息学院 年月
目录 摘要.....................................................................................................II Abstract................................................................................................ III 第一章绪论.......................................................................................... (1) 1.1 XXXX ............................................................................................. . (1) 1.2 XXXX ............................................................................................... .. x 第二章 XXXX .. (x) 2.1 XXXX .............................................................................................. (x) 2.2 XXXX .............................................................................................. (x) 2.3 XXXX .............................................................................................. (x) 第三章 XXXX............................................................................................. ..x 3.1 XXXX .............................................................................................. (x) 3.2 XXXX .............................................................................................. (x) 第四章 XXXX (x) 4.1 XXXX .............................................................................................. (x) 4.2 XXXX .............................................................................................. (x) 4.3 XXXX .............................................................................................. (x) 总结 (x) 致谢 (x) 参考文献 (x) 附录（可选项） (x) 说明：目录中的标题只列出2级标题（如1.1, 2.3等），不要出现3级及以上标题（如 2.1.2等）。章节不宜划分过细，目录内容不宜超过一页。
数据分析实验报告 【最新资料，WORD文档，可编辑修改】 第一次试验报告 习题1.3 1建立数据集，定义变量并输入数据并保存。 2数据的描述，包括求均值、方差、中位数等统计量。 分析—描述统计—频率，选择如下： 输出：
方差1031026.918399673.8384536136.444百分位数25304.25239.75596.25 50727.50530.501499.50 751893.501197.004136.75 3画直方图，茎叶图，QQ图。（全国居民） 分析—描述统计—探索，选择如下： 输出： 全国居民Stem-and-Leaf Plot Frequency Stem & Leaf 9.00 0 . 122223344 5.00 0 . 56788 2.00 1 . 03 1.00 1 . 7 1.00 2 . 3 3.00 2 . 689
1.00 3 . 1 Stem width: 1000 Each leaf: 1 case(s) 分析—描述统计—QQ图，选择如下： 输出： 习题1.1 4数据正态性的检验：K—S检验，W检验数据： 取显着性水平为0.05 分析—描述统计—探索，选择如下：（1）K—S检验 单样本Kolmogorov-Smirnov 检验 身高N60正态参数a,,b均值139.00
标准差7.064 最极端差别绝对值.089 正.045 负-.089 Kolmogorov-Smirnov Z.686 渐近显着性(双侧).735 a. 检验分布为正态分布。 b. 根据数据计算得到。 结果：p=0.735 大于0.05 接受原假设，即数据来自正太总体。（2）W检验
Zigbee技术简介 Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术， 它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。 Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作 IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。 Zigbee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点 的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器 可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便 携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分: *数据传输速率低:一般在10kbps～250kbps，传输速率低，专注于低传输应用; *功耗低: 工作状态下平局功耗在几十毫瓦，休眠状态1μw。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势; *成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且Zigbee协议免收专利费。 *时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间; *安全:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性; *网络容量大:每个Zigbee网络最多可支持255个设备（最大节点数达6万以上），也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接; *优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。ZigBee设备实际上具有无线网路自愈能力,能简单地覆盖广阔围; *有效范围小:有效覆盖范围10～75米之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境; * 工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。
精简功能设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。附带有限的功能来控制成本和复杂性，在网络中通常用作终端设备。 ZigBee网络定义了三种节点类型： 协调器和路由器必须是全功能器件(FFD: Full function device)， 终端设备可以是全功能器件，也可以是简约器件（RFD: reduce function device）。 协调点是一个特殊的FFD，它具有较强的功能，是整个网络的主要控制者，它根据网络的最大深度(nwkMaxDepth)，每个路由器能最多连接子设备的数目(nwkMaxChildren)，每个路由器能最多连接子路由器的数目(nwkMaxRouters)等参数建立新的网络、収送网络信标、管理网络中的节点以及存储网络信息等。 RFD的应用相对简单，例如在传感器网络中，它们只负责将采集的数据信息収送给它的协调点，不具备数据转収、路由収现和路由维护等功能。RFD占用资源少，需要的存储容量也小，在不収射和接收数据时处于休眠状态，因此成本比较低，功耗低。 FFD除具有RFD功能外，还需要具有路由功能，可以实现路由収现、路由选择，并转収数据分组。 一个FFD可以和另一个FFD或RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之间是无法通信的。一旦网络启动，新的路由器和终端设备可以通过路由収现、设备収现等功能加入网络。当路由器或终端设备加入ZigBee 网络时，设备间的父子关
系（或说从属关系）即形成，新加入的设备为子，允许加入的设备为父。一个简单的ZigBee网络父子关系如图3-a中的A、B。 ZigBee中每个协调点最多可连接255个节点，一个ZigBee网络最多可容纳65535个节点。 3.2 网络拓扑 ZigBee网络的拓扑结构主要有三种，星型网、网状（mesh）网和混合网，见图3。星型网（图3-c）是由一个协调点和一个或多个终端节点组成的。协调点必须是FFD，它负责収起建立和管理整个网络，其它的节点（终端节点）一般为RFD，分布在协调点的覆盖范围内，直接与协调点迚行通信。星型网的控制和同步都比较简单，通常用于节点数量较少的场合。 网状网（Mesh网）（图3-a）一般是由若干个FFD连接在一起形成，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信。Mesh 网中，一般将収起建立网络的FFD节点作为协调点。Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复”能力。它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，则存在另一条或多条路径可供选择。 3.3 网络路由 ZigBee网络层的路由功能主要为网络连接提供路由収现、路由选择、路由维护功能，路由算法是它的核心。目前ZigBee网络层主要支持两种路由算法—树路由和网状网路由。树路由采用一种特殊的算法，具体可以参考ZigBee的协议栈规范。它把整个网络看作是以协调器为根的一棵树，整个网络由协调器建立，而协调器的子节点可以是路由器或者是末端节点，路由器的子节点也可以是路由器或者末端节点，末端节点相当于树的叶子没有子节点。树路由利用了一种特殊的地
学期期末论文 课题多流连铸中间包停留时间分布 曲线总体分析方法 摘要提出了一种研究多流中间包钢液流动特性的分析方法.首先,利用多流中间包各流的实验数据得到多流中间包的总体停留时间分布(RT D ) 曲线;其次, 采用经典的分析模型研究多流中间包的总体RT D 曲 线; 最后, 以平均停留时间作为关键参数来评估多流中间包各流钢液 流动特性的一致性. 此方法的优点在于避免了负死区体积的出现, 并 且死区体积分率大小符合物理事实. 关键词连铸, 多流中间包,总体停留时间分布(RTD ),流动特性,RTD曲线 1 经典R T D 曲线分析方法 对于盛装钢液体积为V,流量为Fv的单流中间包,RTD曲线为示踪剂浓度C与时间艺的关系函数.中间包平均停留时间万为 定义为理论停留时间,无量纲时间,无量纲浓度 则无纲量平均停留时间为.中间包死区体积分率vd ,活塞区体积分率vp和全混区体积分率vm 的计算式分别为
式中,为最小响应时间;为浓度峰值时间.需要指出的是,式(3a) 要求中间包钢液流动分为两步,首先经过活塞区,然后经过全混流和死区, 这样.但实际钢流在中间包中的流动为湍流,湍流扩散输运和对流输运这2种示踪剂输运方式导致了示踪剂浓度在中间包内分布不均匀.因此, 到达中间包出口处的示踪剂浓度不能立即达到峰值,而要经历一个如图1所示的较长时间的过渡段.图中,流经整个体系的体积流量Q可分为3部分:流经死区的体积流量Qd,流经活塞区的体积流量Qp和流经全混区的体积流量Qm.这样就存在如下关系式: 因此在分析RTD曲线计算活塞区体积分率时应采用式(3b).事实上,式(3a)是当时间的过渡段为时式(3b)的特殊情况.
目录 实验一描述性分析 实验二正态总体的均值检验 实验三非参数检验 实验四方差分析 实验五回归分析 实验六判别、聚类分析 实验七主成分分析 实验八因子分析 实验一描述性分析 【实验目的】 1.掌握数字特征的计算（A）； 2. 掌握相关矩阵计算（A）。 【实验原理】 数据分析是指用适当的统计方法对收集来的大量第一手资料和第二手资料进行分析，以求最大化地开发数据资料的功能，发挥数据的作用；是为了提取有用信息和形成结论而对数据加以详细研究和概括总结的过程。 要对数据进行分析，当然要分析数据中包含的主要信息，即要分析数据的主要特征，也就是说，要研究数据的数字特征。对于数据的数字特征，要分析数据的集中位置、分散程度。数据的分布是正态的还是偏态等。对于多元数据，还要分析多元数据的各个分量之间的相关性等。
【实验项目设计】 1.给定一组单变量数据，分组计算均值、方差、Q1、Q3、偏度、峰度。 2.给定一组多变量数据，计算相关矩阵。 【实验内容】 一、单样本的数字特征计算 (习题1.4) 从某商店的营业日中随机抽取12天,得日营业额数据为（单位：万元）： 12.5, 17.2, 9.1, 25.4, 31.2, 20, 18.9, 22.8, 21.1, 17.8, 25.1, 27.7 试求样本均值、样本方差、样本变异系数、样本中位数、上样本四分位数、下样本四分位数、样本四分位数间距和极差。 1. 建数据集 Data d4; Input x @@; Cards; 12.5 17.2 9.1 25.4 31.2 20 18.9 22.8 21.1 17.8 25.1 27.7 ; Run; 2. 使用“SAS/ 分析家”菜单 (1)打开“分析家”界面。 选择SAS界面的级联菜单：“解决方案”?“分析”?“分析家”。 (2)调出数据文件Work.D4 。 在界面的空白处，右键弹出菜单，选择级联菜单：“文件”?“按SAS名称打开”。依次选择逻辑库和文件对象，分别为“Work”、“D4”，单击“确定”按钮。
ZigBee网络Cluster－Tree优化路由算法研究 引言无线通信和嵌入式微传感器技术的快速发展促进了无线传感器网络的崛起。ZigBee协议基于IEEE 802．15．4无线标准制定，包括应用层、网络层、安全层等，实现了网络的自组织和自维护的功能。在无线传感器网络中，节点的能量是有限的，如果节点在最后因为自身的能量消耗殆尽而死亡，将会对整个网络的传输性能造成很大影响。因此，在实际应用中，根据不同的网络情况来选择最符合应用需求的路由协议，让路由协议根据网络拓扑选择合适的路径，平均分布节点的传输能量，降低网络的功耗是网络层必须要考虑的任务。1 ZigBee 路由算法研究依据设备的能力，ZigBee网络中的设备可以分为全功能设备(Full Function Device，FFD)和半功能设备(Reduced Function Device，RFD)。FFD能转发其他设备的数据帧，RFD则不能。当FFD加入一个网络时，它可以作为协调器。协调器会周期性地广播数据帧，周围的RFD能够发现并加入网络，形成一个星型拓扑网络。在星型拓扑中，协调器负责控制整个网络，所有终端设备都直接与协调器通信，并且由它维护。ZigBee网络层还支持树型和网状网络。树型网络采用分级路由的策略在网络中传送数据和控制信息，而网状网络则可以进行点对点的通信。在树型网络中，根节点(协调器节点)和所有的内部节点(路由器节点)是FFD，而RFD只能作为叶子节点(终端节点)。当协调器或路由器加入网络时，它必须被分配唯一的网络地址。1．1 网络地址分配ZigBee协议规范使用一个分布式地址方案分配网络地址，它设计为给每个潜在父节点提供一个有限的网络地址子块。当一个设备成功加入网络后，其父节点给该节点自动分配一个唯一的网络地址。1．2 ZigBee路由算法网络层支持Cluster-Tree、AODVjr和Cluster-Tree+AODVjr算法(以下简称C+A算法)等多种路由算法，因此ZigBee网络的路由协议兼具树型网络和网状网络的特性。1．2．1 Cluster-Tree算法树路由机制是根据网络地址和节点间的父子关系来实现路由的。如果目的地址设备不是该路由器的子孙，则直接将数据帧转发给该路由器的父节点，其父节点将按照同样的步骤进行路由。1．2．2 AODVjr算法AODVjr是对AODV算法的一种简化改进，当源节点要寻找到达目的节点的路径时，先向其邻居节点组播RREQ分组。收到该分组的邻居节点若具备路由能力，则建立指向源节点的反向路由回复，同时继续向自己的邻居节点组播该RREQ分组。若不具备路由能力，则通过Cluster-Tree路由算法将该分组交由其子孙节点或父节点进行转发。当目的节点接收到此RREQ分组后，通过单播的方式向源节点回复RREP分组，同时，所有接收到此RREP分组的节点都将更新记录自己的邻居表，路由建立成功。实验证明，AODVjr算法在保持了AODV原始功能的基础上，控制开销比AODV算法更小，因此更节能。1．2．3 Cluster-Tree+AODVjr算法在此算法中，网络中的节点被分成了4类：Coordinator、RN+、RN-和RFD。其中RN+具有足够的存储空间和能力来进行AODVjr协议；而RN-则因存储空间受限，不能够进行AODVjr协议。Coordinator、RN+、RN-都具有路由功能，在通信时，如果目的节点不是邻居节点，RN+将会启动AODVjr，主动查找到达目地节点的最佳路径；RN-节点只能通过树路由算法来寻找下一跳的节点。仿真证明，采用Cluster-Tree和AODVjr相结合的路由协议在保证分组递交率的情况下，具有比单独使用其中一种路由协议更低的控制开销和平均时延。2 优化ZigBee路由算法2．1 ZigBee路由算法问题Cluster-Tree算法必须按照簇树型结构地址分配方式来寻址，路由效率低，并且源节点到目的节点的传输路径由于跳数过多，会影响网络时延。AODVjr算法在路由发现过程中，会产生分组大量泛洪问题。例如，当目的节点是源节点的子节点时，若采用AODVjr向邻居节点发送RREQ分组，则向其父节点以上的节点发送RREQ分组是多余的；若目的节点不是源节点的子节点，则采用AODVjr向其子节点方向发送RREQ分组是多余的。假设网络的最大深度是1，则数据帧可能被转发的最长路径是21，因此当跳数大于21时，就应停止对RREQ分组的继续广播，将其丢弃；假设从源节点到目的节点的最小跳数为M，当RREQ分组被转发的次数大于M时，再继续转发是多余的。
WEKA 数据分析实验 1.实验简介 借助工具Weka 3.6，对数据样本进行测试，分类测试方法包括：朴素贝叶斯、决策树、随机数三类，聚类测试方法包括：DBScan，K均值两种； 2.数据样本 以熟悉数据分类的各类常用算法，以及了解Weka的使用方法为目的，本次试验中，采用的数据样本是Weka软件自带的“Vote”样本，如图： 3.关联规则分析 1)操作步骤： a)点击“Explorer”按钮，弹出“Weka Explorer”控制界面 b)选择“Associate”选项卡； c)点击“Choose”按钮，选择“Apriori”规则 d)点击参数文本框框，在参数选项卡设置参数如： e)点击左侧“Start”按钮 2)执行结果： === Run information === Scheme: weka.associations.Apriori -I -N 10 -T 0 -C 0.9 -D 0.05 -U 1.0 -M 0.5 -S -1.0 -c -1 Relation: vote Instances: 435 Attributes: 17 handicapped-infants water-project-cost-sharing adoption-of-the-budget-resolution physician-fee-freeze el-salvador-aid religious-groups-in-schools anti-satellite-test-ban aid-to-nicaraguan-contras mx-missile immigration synfuels-corporation-cutback education-spending superfund-right-to-sue crime duty-free-exports export-administration-act-south-africa Class === Associator model (full training set) === Apriori ======= Minimum support: 0.5 (218 instances) Minimum metric
Z i g B e e路由算法分析
摘要基于IEEE802.15.4标准的ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究
ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。 2.1 ZigBee的网络拓扑结构 ZigBee定义了三种拓扑结构：星型拓扑结构（Star），主要为一个节点与多个节点的简单通信设计；树型拓扑结构（Tree），使用分等级的树型路
【简介】： 现实生活中，系统传输的通常为小量的突发信号。虽然能满足传输，但其成本高、体积大和能源消耗大等问题不得不让我们考虑，在这种情况下，体积小、成本低、能量消耗小和传输速率低的短距离无线通信Zigbee技术诞生了。 简单的说，Zigbee是一种高可靠的【无线数据传输网络】，类似于CDMA 和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m 到几百米、几公里，并且支持无限扩展。 Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。 与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。【发展史】： 1999年针对自动化应用需求的增加，低功耗、低成本以及多节点的无线网路技术概念ZigBee 因应而生。 2000年12月IEEE成立IEEE 802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固定、可携或移动设备上的低成本、低功耗以及多节点的低速率无线连接技术。 2001年8月美国Honeywell等公司发起成立ZigBee Alliance，他们提出的ZigBee技术被确认纳入为IEEE 802.15.4标准。 2002年10月TI、Motorola、Philips和日本三菱等重量级企业加盟ZigBee Alliance。2003年5月IEEE 802.15.4标准获得通过。 2004年12月推出ZigBee技术规范1.0版本。 2006年ZigBee Alliance催生ZigBee 2006(V1.1)规范。 2007年01月11日TI宣布其Z-Stack已通过认证，成为业界第一套符合ZigBee 2006 标准的相容平台。ZigBee开放活动(Open House)将移师北京。 【Zigbee技术】 Zigbee技术是一种短距离、低速率无线网络技术，它是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而开发的，可广泛应用于各种自动控制领域。Zigbee的基础是IEEE802. 15.4无线个人域网标准，是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。 API：Application Programming Interface应用程序编程接口 OEM：OEM是Original Equipment Manufacture(原始设备制造商)的缩写，它是指一种"代工生产"方式，其含义是生产者不直接生产产品，而是利用自己掌握的"关键的核心技