發(fā)布時間：2020-09-07 16:37

　　 隨著無線通信技術的發(fā)展和處理器能力的提升,越來越多的無線智能設備融入到了我們的生活當中并且為我們帶來了諸多便利,近年來物聯(lián)網(wǎng)領域也得到大量的關注和研究。低功耗藍牙協(xié)議(Bluetooth Low Energy,BLE)以其極低的功耗和極佳的設備兼容性在物聯(lián)網(wǎng)應用中大放異彩,然而當前這些設備并不能直接通過IP協(xié)議接入到互聯(lián)網(wǎng)中,限制了低功耗藍牙的應用前景。為了解決這一問題,本文提出了一種Contiki系統(tǒng)下基于BLE的IPv6協(xié)議棧,使得BLE節(jié)點可以在保持底層協(xié)議的基礎上,通過網(wǎng)絡層的IPv6協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。在明確了課題背景和研究目的后,本文分析了當前BLE節(jié)點對于接入互聯(lián)網(wǎng)的迫切需求,并對目前的BLE協(xié)議棧層次結構和功能做了細致研究。然后梳理介紹了IPv6標準中的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議和地址自動配置機制,并對在IEEE802.15.4協(xié)議上實現(xiàn)的IPv6適配層6Lo WPAN的實現(xiàn)原理和方法進行了探究,為本文協(xié)議棧的設計和實現(xiàn)奠定了基礎。理論研究之后,本文推導了BLE協(xié)議連接過程中的連接間隔和從設備延遲兩個重要參數(shù)對于系統(tǒng)傳輸速率和功耗的影響,以應用在實物平臺測試中。在對BLE使用的自適應跳頻算法的分析基礎上,本文提出了一種改進的跳頻算法,在面對信道中的突發(fā)同頻干擾時,能夠減少數(shù)據(jù)包的無效重傳,節(jié)省計算資源并降低系統(tǒng)功耗。另外,為了避免較長的IPv6報文在BLE鏈路層傳輸過程中可能出現(xiàn)的擁塞情況,本文提出了一種基于信用度的流量控制方法,可以有效地控制IPv6報文在網(wǎng)絡中的流量。最后,本文基于上述算法研究和改進,分層次的在Contiki通信協(xié)議架構上實現(xiàn)了支持IPv6通信的BLE協(xié)議棧,并移植到了TI CC2650平臺上進行了連通性測試和性能評估,結果表明本文設計的協(xié)議棧具在對抗突發(fā)同頻干擾性能上有所提升。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.44;TN915.04
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文同工作[6]。由于物聯(lián)網(wǎng)中設備數(shù)量非�？捎^，當我們希望通過中的設備時，就會有相當數(shù)量的節(jié)點接入互聯(lián)網(wǎng)，因而產(chǎn)生大求。已經(jīng)投入使用 30 余年的 IPv4 技術由于地址空間局限性，快速增長已經(jīng)瀕臨 IP 地址枯竭的問題[7]。而作為其接替者的 有幾乎無盡的地址資源、支持地址無狀態(tài)自動配置、并且擁有和很高的安全性，可以很好地滿足海量的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點對于地址動性等方面的需求[8]。使 BLE 網(wǎng)絡接入到互聯(lián)網(wǎng)中，需要在異構網(wǎng)絡中加入中間節(jié)點接入互聯(lián)網(wǎng)的 BLE 網(wǎng)絡拓撲結構如圖 1-1 所示：IPv6

議標準研發(fā)之外，目前國內(nèi)外針對 BLE 協(xié)議的學術研。靜態(tài)路由方面，文獻[17]提出了一種基于 BLE 4.0 于根節(jié)點為匯聚節(jié)點的 BLE 網(wǎng)絡。文獻[18]提出了另一靜態(tài)路由解決方案 RT-BLE，旨在有效的將 BLE 網(wǎng)狀網(wǎng)范圍內(nèi)。動態(tài)路由方面，文獻[19]基于 BLE 的 GATT 路由 MHTS，包括完整的鄰居發(fā)現(xiàn)和尋路過程設計。啟發(fā)于低功耗有損網(wǎng)絡 IPv6 路由協(xié)議（IPv6 Routing r and Lossy Networks, RPL），通過廣播信道傳輸路由控外，還有一些關于 BLE 室內(nèi)定位的研究，文獻[21]和 RSSI 和指紋算法的 BLE 室內(nèi)定位方法。面上的低功耗藍牙的應用主要為智能手環(huán)、手表、智及雙模藍牙的無線耳機和藍牙音箱等，這些設備使用的.1 和 4.2。為了確定本文設計的協(xié)議棧符合的版本規(guī)范耗藍牙相關產(chǎn)品進行了調研，隨機選取了 60 款產(chǎn)品，表、藍牙耳機和智能家居設備各 20 款。統(tǒng)計結果如圖

圖 4-7 TI CC2650 SensorTag 與 LaunchPad�；� Contiki 操作系統(tǒng)的開發(fā)是在 Instant Contiki 虛擬機環(huán)境集成了 GCC 編譯器和 Cooja 仿真器等開發(fā)和調試工具。然而，使和調試不夠直觀，并且編譯生成的 HEX 文件不能直接下載，需ndows 下使用 Flash Programmer 2 工具進行燒錄，往往對代碼的微大量時間驗證效果。因此，本文首先將開發(fā)環(huán)境移植到 Windows代碼跳轉、在線下載和調試的集成開發(fā)環(huán)境——IAR for ARM 進行發(fā)環(huán)境移植，本文做了很多工作，包括 Windows 下編譯器、鏈接配置，工程代碼樹的構建，啟動代碼的修改，以及解決了一些開致的變量重定義、未定義，外部符號未定義，指針強制類型轉換示等編譯和連接錯誤。因為這部分不是本文研究的重點，故不再過上述移植工作后，主、從機工程生成的 HEX 文件已經(jīng)能夠在2650 SensorTag 和 LaunchPad 平臺中，并且我們可在 IAR 下對工步硬件調試，極大地方便了后續(xù)的開發(fā)和測試工作。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2813582