本文關鍵詞：無線傳感器網絡通信協(xié)議棧的研究與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《國防科學技術大學》 2006年

無線傳感器網絡通信協(xié)議棧的研究與實現

汪思敏  

【摘要】： 隨著微機電系統(tǒng)技術、傳感器技術、網絡與無線通信等技術的飛速發(fā)展和日益成熟,由大量具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器節(jié)點通過無線自組織方式連接而構成的無線傳感器網絡得到了人們的廣泛重視。由此推動的信息感知、獲取與采集能力的融合與增強有力的推動了客觀物理世界與邏輯信息世界的融合。因此,無線傳感器網絡在諸多領域均有著非常廣闊的應用前景。 無線通信協(xié)議棧是無線傳感器網絡中節(jié)點互聯(lián)與信息傳輸的核心技術。大量傳感器節(jié)點的自組織組網與動態(tài)拓撲自適應均需要無線通信協(xié)議棧的支持。由于無線傳感器網絡能量有限、應用特定、數據為中心等特性,傳統(tǒng)意義上的移動自組網中的技術不能直接照搬到無線傳感器網絡中。本文針對自主開發(fā)的高性能傳感器節(jié)點—WINS (Wireless Inter-Networking Sensor system)平臺,在改進型實時多任務內核uC/OS-II基礎上提出并實現了一種可擴展性強、模塊化程度好的層次化通信協(xié)議�！狦FPS(Generic Framework Protocol Suite)。分析結果表明:該協(xié)議棧具有適應性好、可擴充性強、高效等特性,可以無縫擴展到其他平臺。 在無線傳感器網絡協(xié)議棧中,介質訪問控制協(xié)議負責對無線信道進行信道劃分、分配和能量控制,同時,要對網絡層提供統(tǒng)一的服務,屏蔽底層不同的信道控制方法等功能。本文提出并實現了一種基于IEEE 802.15.4的多優(yōu)先級MAC協(xié)議—PMAC (Priority-supported MAC)。該協(xié)議通過專用廣播信道支持多種不同優(yōu)先級的報文,為不同服務質量的報文流提供了較好的支持。 無線傳感器網絡路由協(xié)議負責在網絡中建立并維護節(jié)點之間的路由,從而為報文的轉發(fā)提供指導性信息。隨著無線傳感器網絡的推廣應用,多監(jiān)測任務條件下的災害實時預警應用對路由協(xié)議提出了新的挑戰(zhàn)。本文提出了一種雙協(xié)議棧體系結構,并實現了基于虛擬簇的實時路由協(xié)議—CBRP (Cluster-Based Routing Protocol),可以較好的解決在多監(jiān)測任務條件下的災害實時預警問題。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TP212.9;TN915.04
【目錄】：

圖目錄6-7

表目錄7-8

摘要8-9

ABSTRACT9-10

第一章 緒論10-16

1.1 課題研究背景與意義10-14

1.1.1 無線傳感器網絡10-11

1.1.2 無線傳感器網絡的應用領域11-14

1.2 課題研究內容及成果14-15

1.3 論文組織與結構15-16

第二章 無線傳感器網絡及WINS 開發(fā)平臺16-29

2.1 無線傳感器網絡概述16-20

2.1.1 無線傳感器網絡體系結構16-17

2.1.2 主要特點17-18

2.1.3 主要研究內容18-20

2.2 無線傳感器節(jié)點及操作系統(tǒng)現狀分析20-24

2.2.1 無線傳感器節(jié)點及其發(fā)展20-22

2.2.2 無線傳感器節(jié)點對應的操作系統(tǒng)22-23

2.2.3 國內主流傳感器節(jié)點的不足23-24

2.3 WINS 開發(fā)平臺24-28

2.3.1 WINS 節(jié)點構成24-27

2.3.2 基于uc/OS-II 的改進型實時多任務內核27-28

2.4 小結28-29

第三章 無線傳感器網絡協(xié)議棧GFPS 設計29-38

3.1 無線傳感器網絡通信協(xié)議棧的作用29-32

3.1.1 無線傳感器網絡對通信協(xié)議棧的需求29-30

3.1.2 無線傳感器網絡中的通信協(xié)議棧模型30-31

3.1.3 現有實用通信協(xié)議棧及其不足31-32

3.2 新型可擴展通信協(xié)議�！狦FPS32-36

3.2.1 設計思想32-33

3.2.2 體系結構與構成33-36

3.3 小結36-38

第四章 無線傳感器網絡MAC 協(xié)議——PMAC 的設計38-54

4.1 概述38-41

4.1.1 無線傳感器網絡對MAC 協(xié)議的要求38-40

4.1.2 影響MAC 協(xié)議設計的主要因素40-41

4.2 現有主流MAC 協(xié)議概述41-44

4.2.1 基于競爭的MAC 協(xié)議41-42

4.2.2 基于TDMA 的MAC 協(xié)議42-43

4.2.3 其他MAC 協(xié)議43-44

4.2.4 小結44

4.3 PMAC 協(xié)議的設計與實現44-49

4.3.1 無線傳感器網絡的特定應用對MAC 協(xié)議的需求44-45

4.3.2 PMAC 協(xié)議設計的基本思路45-46

4.3.3 PMAC 虛擬成簇機制46

4.3.4 PMAC 信道分配機制46-47

4.3.5 PMAC 信道訪問機制47-49

4.4 PMAC 協(xié)議實驗及結果分析49-53

4.4.1 實驗環(huán)境49-50

4.4.2 實驗結果及分析50-53

4.5 小結53-54

第五章 基于虛擬簇的實時路由協(xié)議CBRP54-67

5.1 概述54-56

5.1.1 無線傳感器網絡對路由協(xié)議的特殊要求54-55

5.1.2 無線傳感器網絡中路由協(xié)議的主要設計要求55-56

5.2 現有主流路由協(xié)議概述56-61

5.2.1 平面型路由協(xié)議56-58

5.2.2 層次型路由協(xié)議58-60

5.2.3 其他路由協(xié)議60

5.2.4 路由協(xié)議小結60-61

5.3 基于虛擬簇的實時路由協(xié)議CBRP61-64

5.3.1 應用場景61

5.3.2 基本思想61-63

5.3.3 路由協(xié)議機制63-64

5.4 CBRP 路由協(xié)議模擬仿真與分析64-66

5.4.1 模擬與仿真環(huán)境64-65

5.4.2 實驗結果及分析65-66

5.5 小結66-67

第六章 總結與展望67-68

致謝68-69

攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文69-70

參考文獻70-72

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