基于ZigBee技术的无线网络路由器的研究

论文摘要

路由器在基于ZigBee的无线网络中是非常重要的节点设备。它在数据传输网络中起到了“接力棒”的作用,拓展了数据传输距离,是ZigBee网络中重要的“交通枢纽”；同时,基于ZigBee技术的无线网络路由器（以下简称路由器）具有“自动复原”的特性：即在一个无线连接发生中断的情况下,路由功能自动发现新的路由路线,避开该中断节点,从而提高该无线网络的可靠性。本文首先概述了无线组网通信技术,对现有几种典型短距离通信网络技术的特点与ZigBee无线网络技术的特点进行比较,得出ZigBee无线网络技术具有低功耗、低成本、易应用等特点。同时对IEEE802.15.4/ZigBee协议进行了详细的介绍,其中包括IEEE802.15.4/ZigBee标准的协议架构、每层的结构、功能及其主要特点,并重点对ZigBee路由算法进行了分析,它是分级路由算法和AODVjr算法的组合。在此基础上成功设计并制作了路由器。路由器的硬件电路设计以CC2430单片机为核心,其中包括了单片机（CC2430）支撑电路、阻抗匹配电路、人机交互电路和电源稳压电路,为了方便路由器的调试,加入了串口通信电路；路由器的软件编写以IAR为开发环境,利用TI-STACK协议栈,完成了路由器应用程序的编写。最后,通过对点对点通信实验测定了硬件的有效传输距离；通过树状网络和网状网络通信实验测试,实现了路由器转发数据的功能,计算出了各路径的路由成本,实现了路由选择。同时也验证了路由算法中网络地址的分配。在基于ZigBee技术的无线网络中,本文所设计的路由器结合协调器和终端设备所组成的无线网络,可实现数据的可靠传输,安全性高,覆盖面广。因此,本设计具有广泛的应用前景和重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题研究的目的意义
• 1.2 课题研究的国内外发展过程和趋势
• 1.2.1 ZigBee技术的发展过程
• 1.2.2 无线数据网络的发展趋势
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本论文的组成
• 第2章 ZigBee技术概述
• 2.1 无线组网通信
• 2.2 典型短距离无线通信网络技术
• 2.3 ZigBee技术
• 2.3.1 ZigBee技术的主要特点
• 2.3.2 ZigBee技术的网络拓扑
• 2.3.3 ZigBee技术的广阔应用前景
• 2.4 ZigBee技术协议栈
• 2.4.1 物理层（PHY）
• 2.4.2 媒体访问控制层（MAC）
• 2.4.3 网络层（NWK）
• 2.4.4 应用层（APL）
• 第3章 路由算法
• 3.1 无线路由算法研究现状
• 3.1.1 DSDV协议
• 3.1.2 AODV协议
• 3.2 ZigBee路由算法分析
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 分级路由算法
• 3.2.3 AODVjr
• 3.2.4 ZigBee路由算法
• 3.3 路由算法中的路由发现和选择
• 3.3.1 路由搜索
• 3.3.2 路由请求命令帧的处理
• 3.3.3 路由应答命令帧的处理
• 第4章 路由器的硬件设计
• 4.1 路由器的总体硬件结构
• 4.2 CC2430无线单片机
• 4.3 单片机（CC2430）支撑电路设计
• 4.4 阻抗匹配电路设计
• 4.5 人机交互电路设计
• 4.6 电源稳压电路设计
• 4.7 串口通信电路设计
• 第5章 路由器的软件设计
• 5.1 路由器软件工作流程设计
• 5.2 设备的初始化过程
• 5.3 路由器启动加入网络过程
• 5.4 路由器向协调器发送地址过程
• 5.5 路由器信息处理过程
• 5.5.1 处理协调器设备请求信息
• 5.5.2 处理节点加入信息
• 5.5.3 处理转发数据信息
• 第6章 路由器测试及结果分析
• 6.1 测试软件配置与烧写
• 6.2 路由器测试与结果分析
• 6.2.1 点对点通信测试
• 6.2.2 树状网络测试
• 6.2.3 网状网络测试
• 第7章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果