基于ZigBee的无线传感器网络协议栈的设计与实现

论文摘要

ZigBee作为一种无线传感器网络技术的国际标准,凭借其低成本、低功耗、低速率、低复杂度、高可靠性的特点,在智能家居、工业自动化、网络抄表,个人医疗等领域都有着十分广阔的应用前景。本文从技术研究与实际应用的角度出发,在深入分析ZigBee-2006协议规范的基础上,详细阐述了基于TI公司的CC2430平台的ZigBee协议物理层、MAC层和网络层的设计与实现过程。给出了一个基于网络拓扑信息的路由切换策略。实现了一个精简功能的ZigBee协议栈。最后,使用自主开发的协议栈,设计并实现了一个实验室环境下的分布式数据采集系统,验证了协议栈的正确性和可行性。本论文在ZigBee协议栈开发方面所做的工作,对今后ZigBee无线传感器网络的研究和应用都有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.2 无线传感器网络的体系结构及特点
• 1.2 ZigBee协议规范及研究现状
• 1.2.1 ZigBee联盟和ZigBee协议栈
• 1.2.2 ZigBee技术特点和应用
• 1.2.3 ZigBee的国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容与意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 内容安排
• 第二章 IEEE802.15.4与ZigBee协议规范概述
• 2.1 IEEE802.15.4协议概述
• 2.2 ZigBee协议概述
• 2.2.1 ZigBee与IEEE 802.15.4协议的关系
• 2.2.2 ZigBee协议版本演进
• 2.2.3 ZigBee协议体系结构与各层概述
• 2.2.4 ZigBee中的一些重要概念
• 第三章 物理层协议分析设计与实现
• 3.1 物理层协议规范
• 3.1.1 无线信道的分配
• 3.1.2 能量检测（Energy Detection）
• 3.1.3 载波检测（Carrier Sense）
• 3.1.4 接收信号强度指示（Receive Signal Strength Indicator,RSSI）
• 3.1.5 空闲信道评估（Clear Channel Assessment,CCA）
• 3.1.6 物理层通用帧格式
• 3.2 开发环境概述
• 3.2.1 硬件开发平台
• 3.2.2 软件开发平台
• 3.3 物理层对射频收发机的控制实现
• 3.3.1 CSP（CSMA-CA Strobe Processer）
• 3.3.2 收发机状态指示寄存器
• 3.4 物理层数据服务接口的设计与实现
• 3.4.1 物理层数据发送服务接口的设计与实现
• 3.4.2 物理层数据接收服务接口的设计与实现
• 3.5 物理层管理服务接口的设计与实现
• 3.6 物理层协议验证
• 3.7 本章小结
• 第四章 MAC层协议的分析设计与实现
• 4.1 MAC层协议规范
• 4.1.1 MAC层通用帧格式
• 4.2 MAC层数据服务接口的设计与实现
• 4.2.1 MAC数据发送服务接口的设计与实现
• 4.2.2 MAC数据接收服务接口的设计与实现
• 4.3 MAC层管理服务接口的设计与实现
• 4.3.1 MAC层地址分配机制
• 4.3.2 邻居表的实现
• 4.3.3 MAC层命令帧结构及其实现
• 4.3.4 ACK的设计与实现
• PIB管理服务的设计与实现'>4.3.5 MAC_PIB管理服务的设计与实现
• 4.4 MAC层验证
• 4.4.1 MAC层数据服务验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 网络层协议的分析设计与实现
• 5.1 网络层协议规范
• 5.1.1 网络层通用帧格式
• 5.1.2 ZigBee路由协议规范
• 5.2 网络层数据服务接口的设计与实现
• 5.2.1 网络层数据发送服务接口的设计与实现
• 5.2.2 网络层数据接收服务接口的设计与实现
• 5.3 网络层管理服务接口的设计与实现
• 5.3.1 组网功能的流程分析与接口实现
• 5.3.2 路由功能的设计与实现
• 5.3.3 一种综合路由切换策略的设计和实现
• 5.3.4 路由切换策略的验证与测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 协议栈整体框架的设计与实现
• 6.1 应用层的设计与实现
• 6.2 协议栈整体框架的设计与实现
• 6.3 协议栈的特点与不足
• 6.4 本章小结
• 第七章 基于协议栈的分布式数据采集系统的设计与实现
• 7.1 应用需求分析
• 7.1.1 信息采集功能需求分析
• 7.1.2 命令帧处理需求分析
• 7.2 应用的设计与实现
• 7.2.1 基本查询功能的实现
• 7.2.2 实时监测功能的实现
• 7.3 应用平台的验证
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献