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基于DSP的无线传感器网络MAC协议的研究与实现

作　者: 张扬
导　师: 李金宝
学　校: 黑龙江大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线传感器网络 C2802x IEEE 802.15.4 CC2520
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络是当前备受关注的研究领域,它涉及多个前沿领域,有着十分广阔的应用前景。无线传感器网络现有的主要问题是能源效率问题,实现网络低功耗运行,开展节能优先的网络协议研究是极为重要和迫切的。MAC层处在网络协议栈的底部,是报文从网络层到物理层的通道,它直接掌管了数据传送的方式、格式,其行为对网络的性能起着重要的作用,其效率直接影响到网络的工作效率。本文提出使用低功耗的DSP(Digital Signal Processor)作为控制器的解决方案,采用IEEE 802.15.4作为MAC层协议,构建新型的无线传感器节点。本文讨论了该节点的实现,主要分为硬件系统的设计、软件系统及协议的实现和节点测试。该节点采用双MCU设计,可以使用原有的MSP430单片机,使现有的程序可以直接运行,也可使用DSP作为控制器,可使节点的运算处理能力得到大幅提升,解决原有传感器节点运算能力不足的问题。射频模块使用了CC2520芯片和反F型PCB天线,在节省功耗的前提下使可视通信距离达到100米。本文在该节点基础上构建了简单的MAC帧并通信测试成功,同时测量了节点的功耗,估算了节点的电池寿命。该节点可用于低成本、低能耗、运算量大、结点多的无线传感器网络,也可用以实验开发及协议研究,为无线传感器网络的下一步开发提供了软硬件平台。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-12
  1.1 国内外研究现状  9
  1.2 课题研究背景及意义  9-10
  1.3 本文的主要内容  10-12
第2章无线传感器网络及通信协议  12-31
  2.1 无线传感器网络的概念  12-14
  2.2 无线传感器网络的特点与面临的问题  14-15
  2.3 几种短距离无线通信技术  15-18
    2.3.1 IEEE 802.15.3 标准  16-17
    2.3.2 IEEE 802.15.1 标准  17-18
    2.3.3 IEEE 802.15.4 标准  18
  2.4 IEEE 802.15.4（Zigbee）技术的优势  18-21
  2.5 IEEE 802.15.4 的网络模型  21-25
    2.5.1 物理层（PHY）规范  21-24
    2.5.2 数据链路层（MAC）  24-25
  2.6 IEEE 802.15.4 网络设备类型和拓扑结构  25-29
    2.6.1 星形拓扑结构  26-27
    2.6.2 对等拓扑结构  27-28
    2.6.3 树簇形拓扑结构  28-29
    2.6.4 混合式拓扑结构  29
  2.7 本章小结  29-31
第3章硬件系统设计  31-46
  3.1 节点组成  31
  3.2 硬件系统概述  31-38
    3.2.1 处理器部分  33-35
    3.2.2 电源部分  35-36
    3.2.3 通信部分  36
    3.2.4 外围模块部分  36-37
    3.2.5 传感器部分  37-38
  3.3 PCB 天线的设计  38-40
  3.4 无线传输模块设计  40-42
  3.5 节点PCB 图  42-43
  3.6 网络性能与电池寿命的关系  43-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章软件设计  46-55
  4.1 软件框架  46-47
  4.2 软件流程图与数据格式  47-49
  4.3 程序的实现  49-54
    4.3.1 主程序部分  49-50
    4.3.2 HAL 驱动部分  50-52
    4.3.3 MAC 接口部分  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章系统运行与功耗测定  55-63
  5.1 开发环境  55-56
  5.2 网络测试  56
  5.3 系统功耗的测算  56-62
    5.3.1 测量环境的建立  57-59
    5.3.2 功耗的测量  59-61
    5.3.3 功耗的评估  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章结论  63-64
参考文献  64-68
致谢  68

基于DSP的无线传感器网络MAC协议的研究与实现

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