基于紫蜂技术的子系统节能优化应用研究

【摘要】： 近年来,随着社会信息化、家庭智能化和工业自动化等领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长,基于IEEE802.15.4的无线网络标准的紫蜂网络协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生,并展示了迅猛发展的良好势头,广泛应用到军事无人值守和灵巧网络通讯、工业自动控制、消费类电子设备的无线连接等领域。紫蜂网络技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它依据IEEE802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信,这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。 本文从分析IEEE802.15.4和紫蜂网络技术协议入手,分别介绍了无线传感器网络中物理层、MAC层、网络层、应用层之间的数据连接关系和管理服务关系,然后选择合适的软硬件平台和软件开发环境,着重于软件总体结构的设计以及通信协议栈的实现给出具体方案。方案中采用CC2430作为RF射频模块,软件开发环境是成都无线龙通讯科技公司配套C51RF-3-PK开发系统。从具体硬件电路板的设计开始,到软件功能实现网络建立、数据传输、数据采集、判断请求等方面着手,充分利用集成开发环境中API函数,简化了开发流程,缩减了工作量和工作难度,设计开发出了符合紫蜂规范的星型网络。 在星形网络模型的基础上,本文认真分析研究紫蜂网络技术中的超帧结构,总结出信标帧的三大作用：网络组建、网络同步、数据传送指示。在信标使能网络中,信标帧有维护网络同步的作用,本文从信标帧的帧结构及其携带信息的能力入手,有效地利用信标帧载荷中未处理设备地址子域的信息,开阔思路,创新设计,在提高终端设备空闲休眠的时间上下功夫,提出了信标使能同步网络的节能方案。本文先从理论依据、硬件设施的介绍到软件设计,一步一步解决了温度采集系统节能方案的优化设计。 紫蜂网络技术具有设备成本低、数据传输可靠、安全性高、设备体积小等诸多发展优势,这将在以后军事、工业、农业、医疗等领域得到更广阔的应用。结合这个课题,本文最后探讨了紫蜂网络在军事应用中的作用,并认真分析未来高科技战场瞬息万变的战场环境下,利用紫蜂技术网络层强大的路由功能,从模型设计到软件实现,逐步设计出单兵作战系统生命子系统的通信网络。在网络中,每一名士兵携带一部全功能设备FFD,不仅为本地传感器采集的数据信息提供服务,而且更好地为行动较远的士兵提供路由中继和孤立设备的重新入网服务。 最后,对紫蜂网络技术发展前景做了展望,因为其网络技术具有独特的优势,我们相信在未来的几年中,紫蜂网络技术将切实改变我们的生活。 【关键词】：无线传感网络 IEEE 802.15.4 紫蜂技术 CC2430 信标帧
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 英文缩略语14-16
• 第一章 引言16-21
• 1.1 无线传感器网络16-18
• 1.1.1 传感器网络简介16-17
• 1.1.2 国内外研究及应用17
• 1.1.3 无线传感器网络的特点17-18
• 1.2 紫蜂技术18-19
• 1.3 本论文的主要工作19-20
• 1.4 论文结构20-21
• 第二章 无线传感器网络的通信协议介绍21-30
• 2.1 通信协议概述21-22
• 2.2 IEEE802.15.4协议简介22-26
• 2.2.1 物理层(PHY)23-24
• 2.2.2 MAC层24-26
• 2.3 紫蜂技术网络层协议26-28
• 2.3.1 网络层数据实体(NLDE)27
• 2.3.2 网络层管理实体(NLME)27-28
• 2.4 紫蜂技术应用层规范28
• 2.5 通信原语介绍28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 紫蜂技术的网络子系统设计30-43
• 3.1 紫蜂技术网络总体设计方案30-35
• 3.1.1 协调器组建网络31-33
• 3.1.2 终端设备入网33-35
• 3.2 硬件电路设计35-39
• 3.2.1 硬件选型原则35
• 3.2.2 CC2430简介35-36
• 3.2.3 网络节点设计36-39
• 3.3 软件开发平台39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 温度采集系统的节能优化方案设计43-59
• 4.1 节能优化方案的提出43-44
• 4.2 节能优化方案的技术依据44-47
• 4.2.1 紫蜂网络技术中的超帧结构44-45
• 4.2.2 信标使能网络中数据传输45-46
• 4.2.3 紫蜂网络中信标帧的结构46-47
• 4.3 节能优化方案硬件设计47-50
• 4.3.1 协调器串口通信电路47-48
• 4.3.2 传感器连接电路48-50
• 4.4 节能优化方案的软件设计50-56
• 4.4.1 协调器工作流程51-54
• 4.4.2 终端节点工作流程54-56
• 4.5 网络连通性测试56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 紫蜂技术在单兵作战系统中的应用59-70
• 5.1 传感器网络在军事通信中的作用59-61
• 5.1.1 单兵作战系统59-60
• 5.1.2 单兵作战生命子系统60-61
• 5.2 紫蜂网络在单兵作战生命子系统中的应用61-66
• 5.2.1 网络拓扑结构62-63
• 5.2.2 路由的选择63-65
• 5.2.3 孤立设备重新入网65-66
• 5.3 FFD设备的软件设计66-69
• 5.3.1 FFD终端设备的初始化和入网66-67
• 5.3.2 接收和路由数据帧67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结和展望70-73
• 6.1 论文主要工作的总结70-71
• 6.2 前景与展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文77-78
• 学位论文评阅及答辩情况表78

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