ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改進(jìn)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場(chǎng)變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為以上多種高新技術(shù)融合的產(chǎn)物己經(jīng)成為計(jì)算機(jī)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)通信科學(xué)中一個(gè)活躍的研究分支，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，它被認(rèn)為是對(duì)二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

2、它的研究在方便人類生活、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)控制、軍事偵察現(xiàn)代化等方面具備很高的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文就是在這樣的背景下，探索研究組網(wǎng)迅速，通訊安全，體積微小的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文在回顧了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并詳細(xì)分析了本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的需求的基礎(chǔ)上，選用了穩(wěn)定、安全、低成本、節(jié)能的ZigBee無線通訊協(xié)議，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，并對(duì)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在路由算法和信道切換機(jī)制進(jìn)行了初步的研究。

3、本文主要工作有以下幾個(gè)方面：(1)在對(duì)短距離通信技術(shù)及IEE802.15.4/Zigbee協(xié)議分析研究的基礎(chǔ)上，本文提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。采用ARM7芯片和CC2520射頻芯片，建立了工作頻率為2.4GHz的ZigBee協(xié)議的無線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。文中詳細(xì)說明了ZigBee協(xié)議棧各層的開發(fā)以及開發(fā)過程中所采用的關(guān)鍵的技術(shù)和遇到的問題。(2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中有節(jié)點(diǎn)定位的需求，所以需要對(duì)ZigBee協(xié)議棧任務(wù)

4、和定位任務(wù)之間進(jìn)行切換。為了使任務(wù)間切換更加穩(wěn)定和快速，設(shè)計(jì)了ZigBee協(xié)議棧在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UC/OS下的任務(wù)分割。文中詳細(xì)定義了ZigBee協(xié)議棧的物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層等各層任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和堆棧長(zhǎng)度，也提出了一種任務(wù)間的協(xié)調(diào)機(jī)制。(3)本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向ZigBee協(xié)議的信道切換機(jī)制。文中提出了兩種信道切換序列方案：仿藍(lán)牙序列和混度序列；通過仿真比較仿藍(lán)牙序列和混沌序列在平衡性和漢明相關(guān)性的差異，通過性能比較后確定使用混沌序列進(jìn)

5、行信道切換。隨后詳細(xì)敘述了如何通過結(jié)合項(xiàng)目中的GPS定位模塊實(shí)現(xiàn)面向ZigBee協(xié)議的信道切換機(jī)制的過程，此機(jī)制使ZigBee協(xié)議在通訊的安全性和穩(wěn)定性上有了很大幅度的提升。(4)本文對(duì)ZigBee協(xié)議的路由算法也進(jìn)行了一些改進(jìn)。在經(jīng)典的AODV路由協(xié)議應(yīng)用過程中在節(jié)能、安全性和穩(wěn)定性等方面存在很大缺陷，針對(duì)這些缺陷并基于GPS模塊所提供的位置信息提出了一些ZigBee路由算法的改進(jìn)策略：動(dòng)態(tài)功率調(diào)整和區(qū)域概率廣播。通過NS-2仿真工具