本文關(guān)鍵詞：基于ARM和ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在特定監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn),通過(guò)自組織方式構(gòu)成的一種通信網(wǎng)絡(luò),能夠采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控所受控對(duì)象信息,并對(duì)采集的信息處理,通過(guò)無(wú)線(xiàn)協(xié)議傳送給管理人員。實(shí)際應(yīng)用中,采集信息的節(jié)點(diǎn)常被置于偏遠(yuǎn)或者環(huán)境惡劣的區(qū)域,節(jié)點(diǎn)常采用干電池供電,供給能量或換電池都不易。因此,如何降低節(jié)點(diǎn)能耗,延長(zhǎng)整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)壽命就顯得非常重要。在WSN中,介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)協(xié)議負(fù)責(zé)管理信道的使用方式,為節(jié)點(diǎn)分配有限的頻譜資源,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的性能主要取決于MAC協(xié)議,若要降低節(jié)點(diǎn)能耗,合理的設(shè)計(jì)與改進(jìn)MAC協(xié)議就成為一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。本文首先介紹了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中ZigBee技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,并深入研究了IEEE802.15.4MAC協(xié)議存在的能耗問(wèn)題,針對(duì)存在的問(wèn)題,引入了基于S-MAC協(xié)議機(jī)制的周期性偵聽(tīng)／睡眠、碰撞避免等措施對(duì)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)INS2仿真,對(duì)這兩種MAC協(xié)議的能耗進(jìn)行比較。其次,在改進(jìn)協(xié)議棧的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹了基于ARM與CC2530所構(gòu)成的低功耗無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)由1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成ZigBee網(wǎng)絡(luò),通過(guò)修改Z-Stack協(xié)議棧的MAC底層協(xié)議,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的低功耗傳輸,并移植Linux系統(tǒng)到嵌入式ARM處理器作為嵌入式網(wǎng)關(guān)。為方便系統(tǒng)的管理與數(shù)據(jù)顯示,采用了網(wǎng)絡(luò)編程、多線(xiàn)程、串口與QT編程實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了一個(gè)功能齊全的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最后,根據(jù)仿真測(cè)試,當(dāng)數(shù)據(jù)量較小時(shí),改進(jìn)協(xié)議棧后的節(jié)點(diǎn)能耗在理論上降低30%左右,實(shí)際測(cè)試也表明,在很大程度上提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的電池使用壽命,因此本文的研究在降低能耗方面具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,尤其是對(duì)于采用電池供電的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) ZigBee協(xié)議棧 低功耗 MAC ARM
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN92;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)10-11
• 1.2 課題研究背景與意義11-12
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第二章 ZigBee及嵌入式系統(tǒng)14-20
• 2.1 ZigBee介紹14-18
• 2.1.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)16-18
• 2.2 嵌入式系統(tǒng)介紹18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第三章 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗研究與設(shè)計(jì)20-36
• 3.1 系統(tǒng)硬件低功耗研究20-22
• 3.1.1 ZigBee硬件選型20-21
• 3.1.2 系統(tǒng)控制器選型21-22
• 3.2 ZigBee協(xié)議棧MAC層協(xié)議節(jié)能研究22-25
• 3.2.1 節(jié)點(diǎn)各模塊能耗分析22-23
• 3.2.2 MAC層協(xié)議存在問(wèn)題分析23
• 3.2.3 MAC層協(xié)議改進(jìn)措施分析23-25
• 3.3 NS2能耗模擬仿真25-28
• 3.3.1 仿真參數(shù)配置25-27
• 3.3.2 仿真結(jié)果分析27-28
• 3.4 ZigBee時(shí)鐘同步算法研究與設(shè)計(jì)28-30
• 3.4.1 時(shí)鐘同步算法的分類(lèi)與比較28-29
• 3.4.2 DMTS算法研究與實(shí)現(xiàn)29-30
• 3.5 ZigBee協(xié)議棧MAC層協(xié)議改進(jìn)實(shí)現(xiàn)30-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于ARM與CC2530無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)36-54
• 4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)與功能分析36-38
• 4.2 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)38-45
• 4.2.1 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)38-41
• 4.2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)41-42
• 4.2.3 基于IAR應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)42-45
• 4.3 ARM嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)45-51
• 4.3.1 嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建45-49
• 4.3.2 ARM網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)49-51
• 4.4 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 系統(tǒng)測(cè)試54-60
• 5.1 節(jié)點(diǎn)能耗測(cè)試54-55
• 5.2 系統(tǒng)功能模塊測(cè)試55-58
• 5.3 本章小結(jié)58-60
• 第六章 結(jié)論60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 致謝62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 附錄A (攻讀碩士期間的學(xué)術(shù)成果)68

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 何秀春;張金榜;劉軍;林語(yǔ);;基于TPSN和DMTS的低能耗時(shí)間同步算法[J];電子設(shè)計(jì)工程;2014年03期

2 楊宗凱,趙大勝,王玉明,程文青,何建華;無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2005年05期

3 賀抗生;鄺繼順;姚焯善;;基于能量和鄰居信息的傳感器睡眠調(diào)度協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2008年06期

4 徐海峰;;基于Zigbee智能家居的低功耗節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J];綠色科技;2012年06期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 匡哲君;無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略的研究[D];吉林大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：770644