基于IEEE802.15.4的无线传感器网络组网研究

论文摘要

无线传感器网络是一种特殊的Ad-Hoc网络,它具有自组织、快速展开、抗毁坏性强等特点,在军事、环境监测、医疗健康、工业控制等方面有着十分广阔的应用前景。近年来,随着无线通信、集成电路、传感器及微电机系统（MEMS）等技术的发展,使得大规模生产体积小、成本低、具有数据收集、短距离无线通信和数据处理能力的传感器节点成为可能。技术条件的成熟和大量潜在的应用需求使得无线传感器网络受到人们越来越多的关注和重视。无线传感器网络正成为国内外无线网络研究的一个热点。 目前,国内外对无线传感器网络的研究主要集中在MAC算法、路由算法、定位算法及数据融合算法上,在协议栈各层的功能定义上、在各层数据帧格式、层与层之间的接口、每一层内的规范管理上都考虑较少。IEEE802.15.4所定义的无线个人区域网在低功耗、低成本的应用需求上,与无线传感器网络有很极大的相似之处。该标准定义了各层之间统一的原语接口、统一的PHY/MAC数据帧格式,在很大的程度上弥补了无线传感器网络无标准的缺陷。本文针对无线传感器网络在不同厂商设备的互连互通上的缺陷,提出了基于IEEE802.15.4标准的组网方案,在解决扩展无线传感器网络的兼容性的同时保持了其算法的灵活性。文章首先简要介绍了IEEE802.15.4标准,在这个基础上讨论了将该标准应用于无线传感器网络时应考虑的问题,并提出了基于该标准的组网算法;然后通过扫描信道、建立PAN网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层,实现了无线传感器组网功能;最后,在飞思卡尔的ZigBee开发平台13192DSK-A00上实现了组网算法的验证仿真,并实现了节点间的数据传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络的体系结构
• 1.2.1 传感器节点组成
• 1.2.2 网关节点组成
• 1.2.3 网络层次
• 1.3 无线传感器网络的研究现状及关键技术
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 关键技术
• 1.4 基于IEEE802.15.4的无线传感器网络
• 1.5 本文的工作和组织结构
• 第二章 IEEE802.15.4简介
• 2.1 概述
• 2.2 PAN节点分类
• 2.3 物理层
• 2.4 MAC层
• 2.4.1 MAC层功能描述
• 2.4.2 超帧
• 2.4.3 MAC帧的结构和分类
• 第三章 WSN组网方案
• 3.1 概述
• 3.2 网络拓扑结构
• 3.1.1 星形网络形成
• 3.1.2 点对点网络的形成
• 3.3 组网算法
• 3.3.1 原语概念
• 3.3.2 信道扫描
• 3.3.3 网关节点（PAN Coordinator）建立PAN网络
• 3.3.4 建立网络关联
• 3.4 本章小结
• 第四章 算法实现
• 4.1 概述
• 4.2 开发平台及开发环境
• 4.2.1 SARD的硬件系统
• 4.2.2 IEEE802.15.4 MAC／PHY软件系统
• 4.2.3 开发环境CodeWarrior3.1
• 4.3 算法的实现及验证结果
• 4.3.1 组网算法实现的步骤
• 4.3.2 算法验证结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢