基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的ZigBee協(xié)議MAC與網(wǎng)絡(luò)層研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、ZigBee是近幾年迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)具有低功耗、低成本、低傳輸速率特點(diǎn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡稱WSN)通訊協(xié)議,非常適用于目前迫切需要發(fā)展的智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。目前WSN各應(yīng)用領(lǐng)域的飛速發(fā)展對(duì)通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、吞吐量、通訊實(shí)時(shí)性等基本性能都提出了更高的要求。其中,協(xié)議的實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間直接影響著通訊協(xié)議棧所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)發(fā)送頻率,這在很大程度上也就決定了WSN的通訊

2、性能,制約著ZigBee協(xié)議在一些對(duì)通訊實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域的發(fā)展。
　　 目前世界上主流的ZigBee協(xié)議棧,要么沒有采用操作系統(tǒng)(如Microchip Stack),導(dǎo)致代碼凌亂、效率低下;要么采用的操作系統(tǒng)只是簡單的實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)調(diào)度并不是實(shí)時(shí)的(如TI Z-Stack),從而嚴(yán)重影響了協(xié)議棧的實(shí)時(shí)性、吞吐量,并且因?yàn)樵创a不公開無法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。本文將從FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)入手,系統(tǒng)的闡述針對(duì)WSN的工作特點(diǎn)對(duì)操作

3、系統(tǒng)內(nèi)存管理和時(shí)間片進(jìn)行的改進(jìn),并首次在該改進(jìn)的FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了ZigBee的MAC層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧。通過對(duì)協(xié)議棧的實(shí)驗(yàn)及性能分析證明該協(xié)議棧在實(shí)時(shí)性、吞吐量方面有了顯著提高,并且在低功耗、可靠性等方面表現(xiàn)優(yōu)秀,真正地從實(shí)際應(yīng)用角度開發(fā)出了適合工業(yè)應(yīng)用的ZigBee協(xié)議棧。
　　 本文主要工作內(nèi)容如下:
　　 Ⅰ.通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)搭建。
　　 本文以MSP430F5438單片機(jī)和CC

4、2420射頻芯片為主要模塊,為ZigBee協(xié)議的實(shí)現(xiàn)搭建了穩(wěn)定的硬件工作平臺(tái)。
　　 Ⅱ.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
　　 選用開源且免費(fèi)的FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為母本,將經(jīng)過統(tǒng)一內(nèi)存管理與變時(shí)間片技術(shù)改進(jìn)過的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用到ZigBee協(xié)議中去,為提高通訊協(xié)議的實(shí)時(shí)性、降低功耗打下基礎(chǔ)。
　　 Ⅲ.ZigBee協(xié)議的MAC層實(shí)現(xiàn)。
　　 利用Cygwin、IAR Embedded Workbench開發(fā)平臺(tái)