無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其巨大的應(yīng)用前景而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越廣泛的重視。 本文首先對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，介紹了國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)等；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點(diǎn)，為L(zhǎng)R-WPAN(low-rate wireless personal area network)網(wǎng)絡(luò)制定了

2、物理層和MAC子層協(xié)議：ZigBee技術(shù)建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上，ZigBee聯(lián)盟對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化：在此基礎(chǔ)上我們?cè)O(shè)計(jì)了基于CC2420射頻芯片與ATmegal28單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件平臺(tái)。 在節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)上重點(diǎn)闡述：ATmegal28L主要特點(diǎn)，管腳資源的使用，CC2420特性，工作模式，CC2420內(nèi)部寄存器的構(gòu)成，CC2420與處理器的接口，溫度傳感器DSl822和振動(dòng)傳感器ADXL

3、202的特點(diǎn)和操作，節(jié)點(diǎn)的軟件協(xié)議棧，Coordinator、RFD節(jié)點(diǎn)的軟件協(xié)議棧的程序流程，以及軟件協(xié)議棧中數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)的定義以及配置。 利用設(shè)計(jì)討論的硬件節(jié)點(diǎn)，基于ZigBee規(guī)范組建了線性多跳網(wǎng)絡(luò)，深入討論了在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程中Coordinator、Router、End-Device節(jié)點(diǎn)之間以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入控制層之間消息的傳送，對(duì)各種節(jié)點(diǎn)的主要程序進(jìn)行了描述，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程進(jìn)行了討論：節(jié)點(diǎn)短地址

4、的分配、路由表及路由過程，最后截取了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行分析。 針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)管理：探討了后臺(tái)管理軟件應(yīng)提供的基本功能，重點(diǎn)論述了管理軟件的模塊化結(jié)構(gòu)、串口通信過程中串口數(shù)據(jù)的處理、串口的初始化操作；就節(jié)點(diǎn)原始數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，依據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)能量消耗模型和CC2420性能指標(biāo)獲取了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的能量消耗，在管理軟件實(shí)現(xiàn)的可視化窗口的狀態(tài)欄添加了顯示網(wǎng)絡(luò)能耗窗口，以此來實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的能耗情況。

5、 以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單跳狀態(tài)下的能量消耗模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行分析推導(dǎo)得出等間距線性網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)單跳距離與源節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的距離無關(guān)，僅僅依賴于傳輸數(shù)據(jù)包的電路特性以及信道損耗；優(yōu)化間距線性網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化間距，以此間距配置節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中系統(tǒng)的能耗最低，并且能夠均衡各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗，從而避免了因某些節(jié)點(diǎn)能量消耗過多而過早死亡，從整體上延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)能耗?；诮M建的線性多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)合后臺(tái)管理軟件通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述結(jié)論的正確性。進(jìn)而提出了一種低能耗的無