论文摘要
无线传感器网络(WSN)由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的自组织网络系统,以协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。作为一种整合了传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术的新型信息感知和处理技术,WSN以其在军事、工业、农业、环境科学、智能家居等领域的广阔应用前景吸引着国内外众多专家学者参与到这一研究领域中来,让无线传感器网络技术逐渐成为一个新的研究热点。现在,WSN还处于研究状态,为了让它尽快为我们的生产生活服务,国内外许多学者和组织在无线传感器网络的体系结构、硬件平台设计、软件平台设计、组网设计等方面的大量研究工作从各个不同的角度推动了无线传感器技术的发展。而通信机制是各个无线传感器节点间进行数据交换的关键所在,任何对通信机制的研究和改进必将大大提升无线传感器网络的性能,如通信延迟和能量损耗等性能。因此,本论文在下一代互联网示范工程(CNGI)的无线传感器网络节点项目的开发背景下,对WSN的无线通信机制和有线通信机制做了一些比较深入的研究。本文的研究成果如下:1.综述了无线传感器网络的概念、体系结构、特点等等,重点对自主设计的硬件平台及在此硬件平台基础上的操作系统设计进行了研究分析。2.深入的研究了针对低速个人局域网络(LR_PAN)的基于IEEE802.15.4数据链路层协议的无线通信协议栈,实现了一种以CC2420为通信模块的非时隙CSMA＼CA信道访问机制,并对网络层的一种简单的路由算法和传输层的主动消息通信机制进行了研究。3.对节点与网关的有线通信机制进行了研究,实现了一种适合WSN的类PPP串口通信机制。4.鉴于能量在WSN的重要性,本文在深入分析了整个WSN系统的节能体系结构后,对节能体系结构中不同层次所使用的节能策略进行了研究和实现,最后提出了融入功率控制思想的一种基于时隙的WSN节能算法,并在TARAX无线传感器网络平台中得以实现和运用。
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摘要Abstract第一章 引言1.1 前言1.2 无线传感器网络（WSN）概述1.3 WSN的应用1.4 WSN研究现状及发展1.5 研究意义和研究内容1.6 论文组织第二章 WSN节点系统设计2.1 WSN体系结构设计2.2 WSN节点设计原则2.3 TARAXNODE硬件平台2.3.1 开发环境介绍2.3.2 硬件模块结构设计2.3.3 微处理器TARAXCORE2.3.4 无线射频芯片CC24202.4 TARAXOS操作系统设计2.4.1 WSN的背景及特殊性2.4.2 TARAXOS操作系统模块结构设计2.4.3 中断与任务的两级调度方式2.4.4 TARAXOS的事件驱动模型2.5 本章小结第三章 WSN的无线通信3.1 WSN无线通信概述3.2 基于IEEE802.15.4协议的WSN无线通信协议栈研究3.2.1 IEEE802.15.4协议的物理层3.2.2 IEEE802.15.4协议的MAC子层3.2.2.1 WSN的MAC层协议简介3.2.2.2 IEEE802.15.4MAC层信道访问机制工作模式3.2.2.3 IEEE802.15.4MAC层帧格式3.2.3 WSN的网络层3.2.3.1 WSN的拓扑结构3.2.3.2 WSN的网络层设计原则3.3 数据链路层的非时隙CSMA/CA机制实现3.3.1 CC2420芯片的底层驱动实现3.3.2 CC2420芯片支持下的非时隙CSMA/CA机制3.4 网络层的一种涟漪扩展路由协议3.4.1 协议原理3.4.2 协议工作步骤3.5 传输层的主动消息通信机制的实现3.6 本章小结第四章 WSN的有线通信4.1 TARAXCORE对UART的操作4.2 UART通信中的类PPP的组帧协议4.3 TARAXNODE的UART通信模块软件设计4.4 本章小结第五章 WSN的通信与节能措施5.1 TARAXNODE所采用的节能体系结构5.2 TARAXNODE节能基础设施的设计与实现5.2.1 TARAXNODE基本节能平台的设计与实现5.2.2 WSN时钟同步的研究和实现5.3 CC2420芯片支持下的无线通信模块节能策略5.4 一种基于时隙的无线传感器网络节能算法5.4.1 算法的提出5.4.2 算法基本原理5.4.3 算法实现5.4.4 节能算法的性能分析5.5 本章小结第六章 总结与展望致谢参考文献在学期间的研究成果
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