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基于SimpliciTI的无线传感器网络关键技术研究

作　者: 王军强
导　师: 仲元昌
学　校: 重庆大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线传感器网络 SimpliciTI 网络接入频率跳变信道预测
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 501次
引　用: 14次
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内容摘要

随着无线通信技术的快速发展,无线传感器网络技术在社会各个方面的应用越来越广泛,这对传感器网络系统的低功耗、低成本和短开发周期等方面,提出了更高的要求。在实际的开发过程中,现有的无线网络协议功能复杂、成本高、开发周期长已经不能满足传感器网络的快速发展需求。SimpliciTI是最新推出的一种短距离、低数据速率简易无线网络协议,具有源代码公开、灵活性大、成本低、开发周期短等特点,特别适用于小型无线网络,并且支持各种低功耗应用,主要应用领域包括工厂环境监测、现代远程农业控制、楼宇报警与安全、家庭自动化等。因此对SimpliciTI网络协议的研究,对于提升传感器网络的理论水平和应用水平具有重要的理论价值和重大的现实意义。本文在深入研究无线传感器网络理论的基础上,重点研究SimpliciTI网络协议,从网络协议模块的组成、体系结构、网络层、网络应用层以及对等层面结构等方面对网络协议展开研究,并对网络设备、数据帧结构以及网络拓朴也作了进一步的研究。论文开展了对SimpliciTI网络FA频率跳变机制的研究,并且针对其信道切换时存在的信道选取盲目性问题,引入周期性同步机制和信道预测机制,改进了原有的信道检测模型,提出了一种基于周期性同步和信道预测的PSCP-FA网络接入机制。本文将SimpliciTI技术应用到小型传感器网络中,设计实现了一个小型无线温室环境监测系统。设计部分主要包括系统硬件设计和系统软件设计,硬件设计采用射频芯片CC2510作为主控芯片,包括射频单元的硬件连接、数据采集外围电路设计;系统软件设计包括网络协议的分析移植、程序的编译与调试、网络监测平台的设计;最后,对实验结果进行分析,结果表明:SimpliciTI技术是一种短距离、低成本、低数据速率的无线网络技术,开发周期短,通信效果好,组网简便灵活,达到了网络的设计要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 课题研究背景及意义  10-11
  1.4 研究内容及组织结构  11-13
2 无线传感器网络  13-21
  2.1 传感器网络体系结构  13-18
    2.1.1 通信体系结构  13-14
    2.1.2 节点技术  14-15
    2.1.3 传感器网络协议栈  15-18
  2.2 传感器网络关键技术  18-19
    2.2.1 网络协议  18
    2.2.2 网络拓朴控制  18
    2.2.3 时间同步  18
    2.2.4 定位技术  18-19
    2.2.5 网络安全  19
  2.3 传感器网络的应用  19-20
  2.4 本章小结  20-21
3 SimpliciTI 技术  21-35
  3.1 SimpliciTI 与 IEEE 802.15.4 的内容与研究  21-27
    3.1.1 短距离无线通信网络技术  21
    3.1.2 SimpliciTI 协议标准  21-22
    3.1.3 IEEE 802.15.4  22-23
    3.1.4 几种无线技术的比较分析  23-27
  3.2 SimpliciTI 网络协议  27-31
    3.2.1 模块组成  27-29
    3.2.2 体系结构  29-30
    3.2.3 网络层  30
    3.2.4 网络应用层  30-31
    3.2.5 对等层面结构特点  31
  3.3 SimpliciTI 网络设备和帧结构  31-33
    3.3.1 网络设备  31-32
    3.3.2 地址字段  32
    3.3.3 帧结构  32-33
  3.4 SimpliciTI 网络拓朴  33-34
  3.5 本章小结  34-35
4 SimpliciTI 网络的 PSCP-FA 机制研究  35-46
  4.1 网络接入存在的问题  35-36
  4.2 SimpliciTI 网络的接入方式  36-38
    4.2.1 TDMA 接入方式  36-37
    4.2.2 CSMA/CA 接入方式  37-38
  4.3 SimpliciTI 网络 FA 机制  38-41
    4.3.1 FA 工作机制  38-39
    4.3.2 FA 工作流程  39-41
  4.4 PSCP-FA 网络接入机制  41-45
    4.4.1 现有FA 机制存在的问题  41
    4.4.2 PSCP-FA  41-44
    4.4.3 PSCP-FA 通信机制  44-45
  4.5 本章小结  45-46
5 SimpliciTI 技术在小型传感器网络中的应用  46-67
  5.1 系统总体设计原则  46-47
  5.2 系统硬件设计  47-55
  5.3 系统软件设计  55-63
    5.3.1 软件开发环境  55-56
    5.3.2 协议栈的移植分析  56-60
    5.3.3 软件流程设计  60-61
    5.3.4 程序编译调试  61
    5.3.5 监测平台软件设计  61-63
  5.4 实验结果分析  63-67
    5.4.1 监测参数动态曲线及数据包  64
    5.4.2 网络拓朴和节点状态参数  64-65
    5.4.3 无线通信性能测试分析  65-67
6 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73-76

基于SimpliciTI的无线传感器网络关键技术研究

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