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基于ZigBee技术的无线网络路由器的研究

作 者: 谢瑜
导 师: 王章瑞
学 校: 西南石油大学
专 业: 油气测控工程
关键词: 无线网络 ZigBee技术 路由器 路由算法 CC2430
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


路由器在基于ZigBee的无线网络中是非常重要的节点设备。它在数据传输网络中起到了“接力棒”的作用,拓展了数据传输距离,是ZigBee网络中重要的“交通枢纽”;同时,基于ZigBee技术的无线网络路由器(以下简称路由器)具有“自动复原”的特性:即在一个无线连接发生中断的情况下,路由功能自动发现新的路由路线,避开该中断节点,从而提高该无线网络的可靠性。本文首先概述了无线组网通信技术,对现有几种典型短距离通信网络技术的特点与ZigBee无线网络技术的特点进行比较,得出ZigBee无线网络技术具有低功耗、低成本、易应用等特点。同时对IEEE802.15.4/ZigBee协议进行了详细的介绍,其中包括IEEE802.15.4/ZigBee标准的协议架构、每层的结构、功能及其主要特点,并重点对ZigBee路由算法进行了分析,它是分级路由算法和AODVjr算法的组合。在此基础上成功设计并制作了路由器。路由器的硬件电路设计以CC2430单片机为核心,其中包括了单片机(CC2430)支撑电路、阻抗匹配电路、人机交互电路和电源稳压电路,为了方便路由器的调试,加入了串口通信电路;路由器的软件编写以IAR为开发环境,利用TI-STACK协议栈,完成了路由器应用程序的编写。最后,通过对点对点通信实验测定了硬件的有效传输距离;通过树状网络和网状网络通信实验测试,实现了路由器转发数据的功能,计算出了各路径的路由成本,实现了路由选择。同时也验证了路由算法中网络地址的分配。在基于ZigBee技术的无线网络中,本文所设计的路由器结合协调器和终端设备所组成的无线网络,可实现数据的可靠传输,安全性高,覆盖面广。因此,本设计具有广泛的应用前景和重要的现实意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-10
  1.1 概述  7-8
    1.1.1 课题的背景  7
    1.1.2 课题研究的目的意义  7-8
  1.2 课题研究的国内外发展过程和趋势  8
    1.2.1 ZigBee技术的发展过程  8
    1.2.2 无线数据网络的发展趋势  8
  1.3 课题研究的主要内容  8-9
  1.4 本论文的组成  9-10
第2章 ZigBee技术概述  10-21
  2.1 无线组网通信  10
  2.2 典型短距离无线通信网络技术  10-11
  2.3 ZigBee技术  11-14
    2.3.1 ZigBee技术的主要特点  11-12
    2.3.2 ZigBee技术的网络拓扑  12-13
    2.3.3 ZigBee技术的广阔应用前景  13-14
  2.4 ZigBee技术协议栈  14-21
    2.4.1 物理层(PHY)  15-16
    2.4.2 媒体访问控制层(MAC)  16-17
    2.4.3 网络层(NWK)  17-20
    2.4.4 应用层(APL)  20-21
第3章 路由算法  21-32
  3.1 无线路由算法研究现状  21
    3.1.1 DSDV协议  21
    3.1.2 AODV协议  21
  3.2 ZigBee路由算法分析  21-27
    3.2.1 基本概念  22-23
    3.2.2 分级路由算法  23-25
    3.2.3 AODVjr  25
    3.2.4 ZigBee路由算法  25-27
  3.3 路由算法中的路由发现和选择  27-32
    3.3.1 路由搜索  27-28
    3.3.2 路由请求命令帧的处理  28-30
    3.3.3 路由应答命令帧的处理  30-32
第4章 路由器的硬件设计  32-38
  4.1 路由器的总体硬件结构  32
  4.2 CC2430无线单片机  32-33
  4.3 单片机(CC2430)支撑电路设计  33
  4.4 阻抗匹配电路设计  33-35
  4.5 人机交互电路设计  35-36
  4.6 电源稳压电路设计  36-37
  4.7 串口通信电路设计  37-38
第5章 路由器的软件设计  38-58
  5.1 路由器软件工作流程设计  38-40
  5.2 设备的初始化过程  40-42
  5.3 路由器启动加入网络过程  42-49
  5.4 路由器向协调器发送地址过程  49-53
  5.5 路由器信息处理过程  53-58
    5.5.1 处理协调器设备请求信息  53-54
    5.5.2 处理节点加入信息  54-57
    5.5.3 处理转发数据信息  57-58
第6章 路由器测试及结果分析  58-66
  6.1 测试软件配置与烧写  58-59
  6.2 路由器测试与结果分析  59-66
    6.2.1 点对点通信测试  59-60
    6.2.2 树状网络测试  60-61
    6.2.3 网状网络测试  61-66
第7章 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70-76
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  76

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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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