基于TinyOS 8051wg的无线传感器网络路由协议研究

论文摘要

近年来,无线传感器网络由于其快速展开、动态性强等特点,已经成为研究领域的热点问题。本文采用TI公司CC2430芯片作为核心的网络节点,无线传感器网络专用的操作系统TinyOS作为研究平台,由于所用芯片采用的是8051 MCU内核,操作系统移植选择了TinyOS Working Group 8051针对MCS-51体系研究的系统版本TinyOS 8051wg。网络应用中的核心内容是数据传输,数据的传输又依赖于网络层技术,因此本文基于以上平台进行网络层路由技术的研究。主要研究内容如下:⑴TinyOS 8051wg系统的移植。系统移植需要先安装标准版本的TinyOS系统,然后对TinyOS 8051wg系统包在标准TinyOS系统上进行部署;之后需要编写环境变量设置文件,用来实现以下功能:定位系统及其硬件平台的方式、选择8051编译器的设置、确定系统Makerules所在目录和资源文件所在位置等。以上工作完成后,利用系统组件编写程序,验证移植的可靠性。⑵实现路由选择功能。因为系统属于Alpha版本,对硬件平台下各组件的可用性测试并不完全,这就要求在实际应用中,首先测试所用组件的可用性,然后根据需求进行定制修改。通过对串口通信底层驱动组件修改,实现串口不同参数的设置,并通过分析系统核心功能组件——通信组件的数据发送机制,修改接口实现路由选择功能。⑶路由协议的实现。基于原系统通信组件建立的网络,从拓扑结构角度看是类似于总线型的平面型网络,如果直接应用在传感器网络中,会出现两方面的问题,一是节点数据发送时机无法确定,其次是节点不能对数据通信资源进行有效管理。针对上述问题进行研究,通过基于修改后的通信组件配合其他相关组件,实现经典分簇路由协议APTEEN。节点根据阈值确定需要传送数据的类型和时机,同时通过设定最久发送时间间隔,保证数据的发送。实验表明,该协议运行稳定,可以按照预定要求工作,同时具有较好的可扩展性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 主要研究内容
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 无线传感器网络网络层关键技术分析
• 2.1 平面型路由协议
• 2.2 分簇路由协议
• 2.2.1 分布式分簇路由协议
• 2.2.2 集中式分簇路由协议
• 2.2.3 分簇路由协议的数据传输机制
• 2.3 网络覆盖控制技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器网络研究平台构建
• 3.1 无线传感器网络节点选型
• 3.2 TinyOS 8051wg 系统
• 3.3 系统的移植和测试
• 3.3.1 系统移植
• 3.3.2 移植有效性测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于TinyOS 8051wg 系统的路由协议研究
• 4.1 传感器数据采集
• 4.2 SimpleMac 接口组件的修改
• 4.3 系统网络层APTEEN 路由协议的实现
• 4.3.1 协议中节点功能划分
• 4.3.2 协议数据帧格式的设计
• 4.3.3 APTEEN 协议数据传输模式
• 4.4 APTEEN 路由协议的实现
• 4.4.1 协议数据结构
• 4.4.2 协议功能模块实现
• 4.5 APTEEN 路由协议的测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介