隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和處理器能力的提升,越來越多的無線智能設(shè)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(lǐng)域也得到大量的關(guān)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(shè)備兼容性在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中大放異彩,然而當前這些設(shè)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(yīng)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(chǔ)上,通過網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)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(shè)計和實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。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(shè)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(yīng)用在實物平臺測試中。在對BLE使用的自適應(yīng)跳頻算法的分析基礎(chǔ)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(luò)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(gòu)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(jié)果表明本文設(shè)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(shè)備數(shù)量非常可觀，當我們希望通過中的設(shè)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(shù)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(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)中，需要在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中加入中間節(jié)點接入互聯(lián)網(wǎng)的 BLE 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)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(shù)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(luò)。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(shè)計。啟發(fā)于低功耗有損網(wǎng)絡(luò) 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(guān)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(yīng)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(shè)備使用的.1 和 4.2。為了確定本文設(shè)計的協(xié)議棧符合的版本規(guī)范耗藍牙相關(guān)產(chǎn)品進行了調(diào)研，隨機選取了 60 款產(chǎn)品，表、藍牙耳機和智能家居設(shè)備各 20 款。統(tǒng)計結(jié)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(diào)試工具。然而，使和調(diào)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(zhuǎn)、在線下載和調(diào)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(gòu)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(zhuǎn)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(diào)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(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2813582