無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為未來(lái)信息技術(shù)的研究熱點(diǎn)，通信協(xié)議是其能夠正常工作的關(guān)鍵性技術(shù)。本文致力于根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出專用通信協(xié)議棧并基于OMNeT++進(jìn)行了仿真，然后設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于TinyOS和CC2530的專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　首先，本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了概述，然后分析了常見(jiàn)的物理層協(xié)議、MAC層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。物理層協(xié)議主要包括802.11、藍(lán)牙、紅外和802.15.4; MAC層協(xié)議主要包括爭(zhēng)用型、調(diào)度型和混合

2、型MAC協(xié)議;網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要包括平面型路由協(xié)議和層次型路由協(xié)議。
　　隨后，本文提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)專用通信協(xié)議棧分層框架，并提出了物理層、MAC層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的優(yōu)化改進(jìn)方法。物理層協(xié)議主要在通信頻段、擴(kuò)頻參數(shù)等核心參數(shù)選擇問(wèn)題上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn);MAC層協(xié)議的優(yōu)化改進(jìn)主要包括在幀結(jié)構(gòu)中引入優(yōu)先級(jí)機(jī)制、增加優(yōu)先級(jí)判決反饋ACK;網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的優(yōu)化改進(jìn)主要包括優(yōu)化節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)機(jī)制、增加負(fù)載自適應(yīng)均衡策略等。采用OMNeT++軟件，本文構(gòu)建了

3、基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議仿真模型，然后對(duì)不同參數(shù)設(shè)置下的平均端到端時(shí)延以及平均丟幀率兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了仿真分析，研究了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)協(xié)議性能的影響。
　　接著，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)總體架構(gòu)主要由三個(gè)層次組成:硬件平臺(tái)、協(xié)議棧和測(cè)試程序。硬件平臺(tái)基于CC2530平臺(tái)的開(kāi)發(fā)套件來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)、三個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)測(cè)試PC。協(xié)議?；赥inyOS上的ZigBee/802.15.4協(xié)議棧來(lái)

4、移植實(shí)現(xiàn)。測(cè)試程序基于nesC編程語(yǔ)言編寫(xiě)。本文的關(guān)鍵工作之一是實(shí)現(xiàn)了TinyOS在CC2530平臺(tái)上的移植。
　　最后，基于專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文選取了典型MAC層協(xié)議進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)和測(cè)試。本文首先闡述了爭(zhēng)用型和調(diào)度型MAC層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。然后，采用串口打印和無(wú)線抓包的方式，分別對(duì)兩種協(xié)議進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，本文對(duì)兩種MAC協(xié)議的傳輸延時(shí)、碰撞概率等指標(biāo)進(jìn)行了比較，并得出了結(jié)論:爭(zhēng)用型MAC協(xié)議適用于業(yè)務(wù)負(fù)載不大、要求傳輸時(shí)