基于ZigBee协议的无线传感器网络关键技术的研究和实现

论文摘要

随着传感器技术、无线通信技术和数据处理技术的迅猛发展,出现了集这三种技术为一体的传感器器件。大量的这种具有无线通信和数据处理能力传感器器件通过一定的协议构成自组织网络,可以进行数据收集和传输,为用户提供有用信息,这就是无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）技术。由于大规模的无线传感器网络在信息的可靠传输、网络的健壮型及自适应性等方面具有突出的优势,它的应用空间日趋广阔,遍及军事、民用、科研的领域。但由于网络节点自身固有的通信能力、能量、计算速度及存储容量等方面的限制,对无线传感器网络的研究具有很大的挑战性和宽广的空间。无线传感器网络技术将是21世纪最有发展前景的技术之一。论文首先介绍了无线传感器网络的发展历史、特点和应用,然后讨论了无线传感器网络体系结构和基于IEEE 802.15.4的ZigBee协议。在此基础上,利用基于ZigBee协议的IP-Link 1200通信模块组建了一个小型无线传感器网络,并实现此网络与GSM网络间的短消息互通,建成一个温度采集监控系统。此外着重分析和研究了现有的无线传感器网络的路由协议和算法,在此基础上主要对低功耗自适应集群型分层协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH）进行了分析,给出功耗模型,并在原来的基础上针对不足对其进行改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 传感器网络的发展
• 1.2 无线传感器网络的特点
• 1.3 无线传感器网络的应用
• 1.4 论文研究内容及各章节的安排
• 第二章 无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.1 网络结构
• 2.1.2 节点结构
• 2.1.3 传感器网络协议栈
• 2.2 无线传感器网络的关键技术
• 2.2.1 网络搜索
• 2.2.2 网络控制和路由协议
• 2.2.3 协同信号处理
• 2.2.4 查询和任务分配
• 2.2.5 服务质量
• 2.2.6 物理层协议
• 2.2.7 网络安全
• 2.3 ZigBee 协议
• 2.3.1 ZigBee 协议套件
• 2.3.2 ZigBee 协议的网络拓扑结构
• 2.3.3 ZigBee 协议的优点
• 2.4 小结
• 第三章 基于ZigBee 协议的无线传感器网络组建
• 3.1 基于ZigBee 协议的无线传感器网络的总体方案
• 3.1.1 基于ZigBee 协议的无线传感器通信模块
• 3.1.2 IP-Link 1200 模块的命令帧格式
• 3.1.3 AODV 路由协议
• 3.1.4 基于IP-Link 1200 模块组建的无线传感器网络拓扑结构
• 3.2 基于ZigBee 协议的无线传感器网络的软件实现
• 3.2.1 软件模块
• 3.2.2 网络链接验证
• 3.3 小结
• 第四章 基于ZigBee 协议的温度采集监控系统
• 4.1 基于ZigBee 协议的温度采集监控系统的总体方案
• 4.2 基于ZigBee 协议的温度采集监控系统的实现
• 4.2.1 GSM 模块G18
• 4.2.2 模块G18 短消息的收发模式
• 4.2.3 软件实现
• 4.2.4 调试结果
• 4.3 小结
• 第五章 低功耗自适应集群型分层协议算法的研究
• 5.1 无线传感器网络路由协议
• 5.1.1 无线传感器网络路由协议的概述
• 5.1.2 无线传感器网络路由协议的分类
• 5.2 现有的无线传感器网络路由协议介绍
• 5.2.1 洪泛算法和闲聊算法
• 5.2.2 LEACH 协议
• 5.2.3 PEGASIS 协议
• 5.2.4 TEEN 协议
• 5.2.5 SPIN 协议
• 5.2.6 定向扩散协议
• 5.2.7 MCFA 算法
• 5.2.8 双层数据分发算法
• 5.2.9 随机漫步路由方法
• 5.2.10 谣言路由（Rumor Routing）
• 5.3 各种路由协议的比较
• 5.3.1 以上各路由协议的比较和分析
• 5.3.2 无线传感器路由协议的特征
• 5.4 LEACH 算法模型
• 5.4.1 LEACH 算法概述
• 5.4.2 通用能量损耗模型
• 5.4.3 协议中的能量分析
• 5.4.4 LEACH 模型
• 5.4.5 LEACH 算法细节
• 5.5 对LEACH 算法的分析和改进以及仿真实现
• 5.5.1 网络群头节点分配不平衡的问题的分析
• 5.2.2 网络群头节点分配不平衡的问题的解决
• 5.2.3 仿真过程
• 5.6 小结
• 结束语
• 致谢
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文