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实用无线传感器网络系统设计及通信协议的设计与实现

作　者: 陆冰
导　师: 徐惠民
学　校: 北京邮电大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 通信协议 MAC协议 快速路由模式 工作模式
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


最近随着无线通信技术的高速发展,无线通信的成本越来越低,使得无线通信技术应用到越来越多的领域。其中无线传感器网络技术就是一个重要的应用分支。无线传感器网络就是由部署在监控区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信技术形成一个多跳的自组织的网络系统,传感器节点完成一些数据收集工作,通过无线通信网络将数据发送到汇聚节点,最终由特定的应用系统做数据处理。北科驿唐科技有限公司设计的监控系统正是基于无线传感器网络。笔者主要负责通信协议的设计以及传感器,中继器的软件设计。本课题主要工作包括以下几点：1)系统整体方案的设计。系统的基本元素包括三类节点：传感器、中继器、接收器。这部分着重介绍了三类节点的硬件和软件方案。硬件方案主要讨论了各个芯片的选型考虑,简单介绍了各个芯片的性能。软件方案主要讨论了各个软件模块的功能。2)通信协议的设计。本系统的网络拓扑是一种分层次的星型结构。通信的MAC协议是用基于时分复用和基于周期性调用相结合方式。通信协议有两类模式：快速路由模式和工作模式。快速路由模式主要是为了加快前期组网速度,弥补在工作模式中组网速度慢的缺点。工作模式主要是收集网络中各传感器节点的数据,此模式也有自组网功能,但是速度相对快速路由模式慢很多。3)传感器和中继器软件的设计。软件设计主要包括：bootload、驱动、通信协议的设计。由于这两类节点用的都是MSP430的MCU,所以bootload和驱动的开发都是相同的。但两类节点在网络中的角色不一样,所以通信协议的开发是独立的。为了整个软件结构清晰,本系统通信协议软件设计使用状态机的方式开发。笔者的主要工作就是设计状态类型以及状态之间的关系。传感器和中继器软件的设计也分快速路由模式和工作模式。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11
  1.2 研究现状  11-13
  1.3 论文主要工作  13
  1.4 论文组织结构  13-15
第二章 无线传感器网络概述  15-22
  2.1 无线传感器网络体系结构  15-18
    2.1.1 无线传感器网络的网络结构  15-16
    2.1.2 无线传感器网络的节点结构  16-17
    2.1.3 无线传感器网络的网络协议栈  17-18
  2.2 无线传感器网络的特点  18-19
  2.3 无线传感器网络的关键技术  19-21
  2.4 无线传感器网络的MAC协议  21-22
第三章 系统的方案设计  22-32
  3.1 系统整体方案  22-25
    3.1.1 系统的基本元素  22-23
    3.1.2 系统的基本要求  23-24
    3.1.3 系统的基本流程  24-25
  3.2 系统的硬件方案设计介绍  25-28
    3.2.1 传感器的硬件方案  25-26
    3.2.2 中继器的硬件方案  26-27
    3.2.3 接收器的硬件方案  27-28
  3.3 系统软件方案设计介绍  28-31
    3.3.1 传感器的软件方案  28-29
    3.3.2 中继器的软件方案  29-30
    3.3.3 接收器的软件方案  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章 通信协议设计  32-53
  4.1 网络拓扑结构  32-34
  4.2 MAC协议设计  34-38
    4.2.1 时间片划分  34-35
    4.2.2 时隙控制  35-36
    4.2.3 重传机制  36
    4.2.4 时钟同步策略  36-37
    4.2.5 基本的数据包格式  37-38
  4.3 快速路由模式  38-45
    4.3.1 中继器接入流程  39-41
    4.3.2 传感器接入流程  41-42
    4.3.3 路由点名和模式转换  42
    4.3.4 快速路由模式数据包格式  42-45
  4.4 工作模式  45-52
    4.4.1 工作模式数据收集流程  47-48
    4.4.2 工作模式路由申请流程  48-50
    4.4.3 工作模式数据包格式  50-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 软件设计  53-71
  5.1 软件设计的难点  53
  5.2 bootload设计  53-56
    5.2.1 bootload功能设计  53-54
    5.2.2 bootload模块设计  54-56
  5.3 主要驱动设计  56-59
    5.3.1 时钟模块  56-57
    5.3.2 无线收发模块  57-58
    5.3.3 温湿度采集模块  58-59
  5.4 通信协议设计与实现  59-70
    5.4.1 MAC协议设计  59-62
    5.4.2 快速路由模式设计  62-67
    5.4.3 工作模式设计  67-70
  5.5 本章小结  70-71
第六章 总结与展望  71-72
  6.1 课题结论  71
  6.2 应用前景  71-72
参考文献  72-74
缩略词  74-75
致谢  75-76
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  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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