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无线传感器网络MAC协议的研究与实现

作　者: 侯琪
导　师: 徐平平
学　校: 东南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络无线通信 MAC(媒体接入控制)协议 IEEE 802.11 S-MAC T-MAC IEEE 802.15.4 低功耗传感器节点汇聚节点 TDMA TAMAC ARM TCP/IP UDP 调试
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 617次
引　用: 6次
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内容摘要

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)就是由部署在监测区域内大量智能传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。MAC协议处于无线传感器网络协议的底层部分,对无线传感器网络的性能有较大影响,是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。本文的主要任务是提出无线传感器网络实验平台的设计方案,并针对此实验平台设计和实现低流量能量有效的MAC协议,为进一步研究适合具体应用的高性能MAC协议提供必要的支撑。全文共分六章,首先介绍了无线传感器网络的背景,说明了本论文的主要任务和章节安排。第二章分类介绍了目前已提出的无线传感器网络MAC协议,重点讨论了基于竞争的MAC协议的工作原理和性能。第三章提出了实验平台的硬件设计方案,主要讨论了传感器节点和嵌入式汇聚节点的硬件设计。第四章设计了三种适合本实验平台的MAC协议,其中TAMAC协议是在前人成果上的创新,是专门针对星型传感器网络设计的低流量能量有效的MAC协议。第五章介绍了如何基于硬件驱动程序实现嵌入式网关协议。最后讨论了实验平台的调试方案,并比较了各种MAC协议的实际工作性能。实验结果表明我们设计的无线传感器网络实验平台能够长时间可靠工作,和同类型的MAC协议相比,我们提出的MAC协议节能效果更好,工作更有效,非常适用于对网络寿命要求高的场所。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 无线传感器网络体系结构  10-12
    1.1.1 无线传感器网络  10-11
    1.1.2 传感器节点结构  11
    1.1.3 无线传感器网络协议栈  11-12
  1.2 无线传感器网络的特征  12-15
    1.2.1 与现有无线网络的区别  12-13
    1.2.2 传感器节点的限制  13-14
    1.2.3 无线传感器网络的特点  14-15
  1.3 无线传感器网络的应用  15-17
  1.4 无线传感器网络的研究进展  17-19
  1.5 论文主要内容  19-22
第二章无线传感器网络 MAC 协议的研究进展  22-40
  2.1 概述  22-23
  2.2 基于竞争的MAC 协议  23-36
    2.2.1 IEEE 802.11 MAC 层协议  23-26
    2.2.2 S-MAC 协议  26-28
    2.2.3 T-MAC 协议  28-31
    2.2.4 IEEE 802.15.4 MAC 层协议  31-36
  2.3 基于时分复用的MAC 协议  36-37
    2.3.1 基于分簇网络的MAC 协议  36
    2.3.2 DEANA 协议  36-37
  2.4 基于FDMA/CDMA 方式的信道分配协议  37-39
    2.4.1 SMACS/EAR 协议  37-38
    2.4.2 基于CDMA 方式的信道分配协议  38-39
  2.5 小节  39-40
第三章无线传感器网络实验平台的硬件设计  40-54
  3.1 传感器节点设计简介  40-41
  3.2 传感器节点的硬件设计  41-49
    3.2.1 868/915M 传感器节点  42-48
    3.2.2 2.4G 传感器节点  48-49
  3.3 汇聚节点的硬件设计  49-52
    3.3.1 ARM 微处理器S3C44B0X  49-51
    3.3.2 UART 异步串行接口  51
    3.3.3 以太网控制器RTL8019AS  51
    3.3.4 Flash 存储器  51
    3.3.5 SDRAM 存储器  51-52
    3.3.6 无线通信模块  52
  3.4 小节  52-54
第四章无线传感器网络 MAC 协议的设计  54-62
  4.1 轮询协议的设计  54-55
    4.1.1 帧结构  54-55
    4.1.2 流程图  55
  4.2 TDMA 协议的设计  55-56
    4.2.1 帧结构  56
    4.2.2 流程图  56
  4.3 TAMAC 协议的设计  56-60
    4.3.1 TAMAC 协议的基本机制  58-59
    4.3.2 帧结构  59-60
    4.3.3 流程图  60
  4.4 小节  60-62
第五章无线传感器网络网关协议的实现  62-70
  5.1 计算机网络基本原理  62-64
    5.1.1 TCP/IP 协议  62-64
    5.1.2 以太网协议  64
  5.2 网关节点工作原理与软件实现  64-66
    5.2.1 初始化模块设计  64-65
    5.2.2 串口模块设计  65
    5.2.3 网口模块设计  65-66
  5.3 远程管理PC 通信软件设计  66-68
  5.4 小节  68-70
第六章实验平台的调试方案与性能分析  70-79
  6.1 传感器节点的程序调试  70-71
  6.2 网关节点的ARM 程序调试  71-73
    6.2.1 嵌入式系统程序开发简介  71
    6.2.2 ARM 程序开发及调试环境简介  71-73
    6.2.3 ARM 程序的调试步骤  73
  6.3 实验平台的联合调试  73-74
  6.4 测试结果及性能评价  74-78
    6.4.1 测试结果  74-76
    6.4.2 性能评价  76-78
  6.5 小节  78-79
论文工作总结  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间的研究成果  84

无线传感器网络MAC协议的研究与实现

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