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基于ZigBee技术的无线传感器网络研究与实现

作　者: 周胜根
导　师: 刘文奇
学　校: 昆明理工大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 无线传感器网络 IEEE 802.15.4标准 ZigBee技术 CC2530
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着政府和各国企业的大力支持,“智慧地球”和“感知中国”等战略口号被相继提出,物联网相关产业正整装待发。2010年被称为中国的物联网产业元年,政府和企业都对其投入了大量的资源,并希望培育成为继互联网之后的又一大新兴信息产业。ZigBee技术作为支撑物联网产业的关键技术之一,得到了爆炸式的发展被列为当今世界发展最快,市场前景最广阔的十大新技术之一。无线传感器网络有其特定的应用场合和独特的网络体系结构,使得其网络协议成为无线传感器网络最根本的技术要求。ZigBee由于其在低功耗、低复杂度、多跳以及自组织等方面的优势特点,使得ZigBee技术和无线传感器网络完美的融合在一起,同时ZigBee协议也逐渐成为无线传感器网络的首选通信协议。本文结合基于ZigBee技术的无线传感器网络相关研究,通过分析IEEE 802.15.4/ZigBee标准和SOC技术,应用ZigBee协议栈构成简单短距离无线温度传感器网络。本文的研究工作主要集中在以下三个方面：(1)简要研究分析了无线传感器网络和ZigBee技术的基本概念,重点研究了无线传感器网络的体系架构、应用领域以及与ZigBee协议的结合。结果表明：ZigBee技术将会成为无线传感器网络首选的协议标准。(2)重点研究分析了ZigBee协议栈。对其协议栈架构进行了系统的分析,包括物理层、MAC层、网络层、应用层以及ZigBee安全。最后在ZigBee协议的基础上研究分析了基于ZigBee技术无线传感器网络设计的硬件和软件要求。(3)实现了基于ZigBee技术的无线温度传感器网络。结合深圳飞比科技有限公司的CC2530MDK ZigBee开发套件,对协调器建立网络、终端传感器节点加入网络等深入研究了ZigBee技术的组网过程。并在Z-Stack协议栈的基础上,实现了星型拓扑结构的简单无线温度传感器网络系统,实现了温度信息的采集并通过串口显示出来,达到了预期设计的目的,完成温度采集的整体要求。

全文目录


摘要  3-4Abstract  4-8第一章 绪论  8-17  1.1 课题背景和意义  8-9  1.2 无线传感器网络概述  9-13    1.2.1 无线传感器网络体系结构  9-10    1.2.2 无线传感器网络特点  10-11    1.2.3 无线传感器网络的应用  11-13    1.2.4 无线传感器网络与ZigBee技术  13  1.3 国内外研究现状  13-15  1.4 本文的主要工作和文章结构  15-17第二章 ZigBee技术及ZigBee协议栈  17-32  2.1 ZigBee无线通信技术  17-19    2.1.1 ZigBee技术特点  17-18    2.1.2 几种短距离无线通信技术的性能比较  18-19  2.2 ZigBee协议栈  19-32    2.2.1 ZigBee物理层协议规范  20-22    2.2.2 ZigBee MAC层协议规范  22-24    2.2.3 ZigBee网络层协议规范  24-29    2.2.4 ZigBee应用层协议规范  29-30    2.2.5 ZigBee安全  30-32第3章 基于ZigBee技术的无线传感器网络设计  32-41  3.1 ZigBee传感器节点硬件设计  32-37    3.1.1 处理器模块  32-34    3.1.2 无线通信模块  34    3.1.3 传感器模块  34-35    3.1.4 能量供应模块  35    3.1.5 基于ZigBee的SOC片上系统芯片  35-37  3.2 ZigBee传感器节点软件设计  37-39    3.2.1 传感器节点软件设计要求  37-38    3.2.2 ZigBee协议栈软件架构  38-39  3.3 基于ZigBee的室内环境监测系统  39-41    3.3.1 室内环境监测系统的设计目标  39-40    3.3.2 室内环境监测系统的设计思想和设计基本要求  40-41第4章 ZigBee无线温度传感器网络的实现  41-51  4.1 系统总体结构  41  4.2 系统硬件开发平台  41-45    4.2.1 CC2530MDK ZigBee开发套件  42-44    4.2.2 CC2530及片内传感器  44-45  4.3 系统软件设计与实现  45-51    4.3.1 软件开发环境  45-46    4.3.2 Z-Stack简介  46-47    4.3.3 协调器节点建立网络  47-48    4.3.4 终端传感器节点加入网络  48    4.3.5 数据传输  48-49    4.3.6 串口通信  49-51第5章 系统测试与分析  51-57  5.1 ZigBee网络的硬件配置  51  5.2 系统测试过程  51-57    5.2.1 协调器建立网络  51-52    5.2.2 终端传感器节点加入网络  52-53    5.2.3 数据传输  53-55    5.2.4 系统测试结果及分析  55-57第6章 总结与展望  57-59  6.1 论文工作总结  57  6.2 以后研究展望  57-59致谢  59-60参考文献  60-63附录 攻读硕士学位期间发表论文目录  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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