無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由大量傳感器通過自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線分布式網(wǎng)絡(luò)。用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)替代航天器內(nèi)部原有的有線傳輸網(wǎng)絡(luò),可以大大減少傳輸線路,提高飛行器的運(yùn)載能力。在合理部署傳感節(jié)點(diǎn)并組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的前提下,為了實(shí)現(xiàn)在同一終端實(shí)時(shí)高速地采集網(wǎng)絡(luò)中的傳感信息,就需要設(shè)計(jì)一種具有高可靠性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān),這對(duì)于航天器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集工作具有十分重要的意義。本論文針對(duì)航天器內(nèi)部數(shù)據(jù)采集工作的功能與性能需求,設(shè)計(jì)了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。由于航天器數(shù)據(jù)采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備的體積和功耗都有較高要求,因此只能采用輕量級(jí)低功耗的嵌入式微控制器來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)�；诖藯l件,本論文首先給出了航天器數(shù)據(jù)采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的總體結(jié)構(gòu),然后在此基礎(chǔ)上,通過采用基于6LoWPAN的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)協(xié)議棧,實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)到IP網(wǎng)絡(luò)的接入;通過設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層的路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的路由構(gòu)建。在網(wǎng)關(guān)的性能方面:本論文通過設(shè)計(jì)基于ContikiOS的匯聚節(jié)點(diǎn)多進(jìn)程通信方案,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的并發(fā)采集并保證了通信的可靠性;通過設(shè)計(jì)基于FreeRTOS的主控制器多任務(wù)調(diào)度策略,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速傳輸并保證了調(diào)度的實(shí)時(shí)性。最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于輕量級(jí)低功耗嵌入式微控制器的航天器數(shù)據(jù)采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)的功能與性能測(cè)試結(jié)果表明:在網(wǎng)絡(luò)接入功能方面,網(wǎng)關(guān)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的連通性良好,網(wǎng)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)WSN與IP網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通;在網(wǎng)關(guān)丟包率和吞吐量性能方面,最大傳輸速率下的丟包率為0.5‰,網(wǎng)關(guān)的整體吞吐量為1.6Mbps。網(wǎng)關(guān)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期,具備良好的功能與性能。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5;V443
【部分圖文】：

目的IPv6地址(16字節(jié))圖 2.4 IPv6 報(bào)文格式3)IPv6 報(bào)頭壓縮格式IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的基本頭部大小為 40 字節(jié)，這會(huì)消耗掉 IEEE 802.1.5.4MAC 層數(shù)據(jù)報(bào)將近一半的載荷，而且如果傳輸層使用 UDP 協(xié)議則還需繼續(xù)用一定的字節(jié)空間來存放 UDP 報(bào)頭。此外，報(bào)頭中按順序反復(fù)發(fā)送的大部分信息都是多余的。這些都會(huì)降低IPv6數(shù)據(jù)報(bào)有效載荷的傳輸效此有必要對(duì) IPv6 的報(bào)頭進(jìn)行壓縮。RFC4944 規(guī)范定義了兩種 6LoWPAN 適配層報(bào)頭壓縮方案[18]：用于壓縮 IPv6 報(bào)頭的 HC1 和壓縮 UDP 報(bào)頭的 HC2，其中 HC2 可選擇性地被用于 HC1 之中。選擇 HC1 需要使用分派字WPAN_HC1(01000010)，并通過報(bào)頭字節(jié)來選擇是否采用 HC2。具體地，如果 HC1 的最后一位位，則表示 HC2 也被使用，并通過另一個(gè)選項(xiàng)字節(jié)來表示。圖 2.5 顯示了不帶和帶 HC2 頭的采C1 壓縮的 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)格式。

第二章 航天器數(shù)據(jù)采集 WSN 網(wǎng)關(guān)的需求與技術(shù)4)6LoWPAN 分片格式MAC 層最小 MTU 在 IPv6 中被規(guī)定為 1280 字節(jié)，對(duì)于無法傳輸 1280 字節(jié)數(shù)據(jù)報(bào)的 MAC 層就需要將數(shù)據(jù)報(bào)劃分成適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路幀，然后在 IPv6 接收節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行重組[19]。6LoWPAN 在分片時(shí)并未提供后續(xù)分段標(biāo)志位，而是把待重組的數(shù)據(jù)報(bào)(包括 IPv6 報(bào)頭和載荷)大小復(fù)制到每一個(gè)分片中，這樣無論哪一個(gè)分片最先到達(dá)，接收端都能根據(jù)收到的第一個(gè)分片為整個(gè)重組單元分配緩沖區(qū)。重組后的數(shù)據(jù)報(bào)大小字段被定義為 datagram_size，其長(zhǎng)度為 11 位，允許重組后的單元為 2047B。標(biāo)識(shí)字段 datagram_tag 為 16 位，并與 datagram_size 以及發(fā)送接收方的鏈路層地址相結(jié)合，共同用于對(duì)重組數(shù)據(jù)報(bào)的區(qū)分。datagram_offset 為 8 位，指示出分片在重組后 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)中所在的位置。在 IP 層中計(jì)數(shù)單位為8B，所以 8 位能夠覆蓋 2047B 的范圍。非初始字段被用于除 6LoWPAN 分段序列的初始段之外的所有分段，其格式如圖 2.6 所示。

初始6LoWPAN分段
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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本文編號(hào)：2888753