基于TinyOS嵌入式系统的Zigbee协议设计及研究

论文摘要

本论文根据ZigBee无线传感器网络项目的要求，以TinyOS嵌入式操作系统为软件平台，设计并实现了基于树状拓扑结构的Zigbee协议栈。论文介绍了当前无线传感器网络的研究进展和Zigbee技术，分析了Zigbee无线网络的体系结构，研究了IEEE802.15.4标准及Zigbee联盟共同制定的协议规范中物理层、MAC层、网络层和应用层的功能，根据实际需要对协议规范做了一些改进。在对TinyOS系统进行深入学习的基础上，根据本项目的硬件资源，设计并实现了一个结构清晰、执行特定任务的协议栈。论文详细阐述了协议栈的层次化设计方法和各个功能模块的实现过程。基于TI公司的CC2430芯片构成的硬件系统和TinyOS操作系统构成的软件平台，协议实现了根节点和普通节点两种不同的工作流程。普通节点负责环境数据的周期性采集和汇聚，根节点负责完成网络的建立和维护，数据最终交由上位机的无线网络监控系统进行处理。工作的最后对该协议栈进行了组网通信验证。本论文根据项目硬件资源设计实现网络协议栈的软硬件结合的设计方法，对今后Zigbee无线传感器网络的研究和应用有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 无线传感器网络研究现状
• 1.2.1 Zigbee技术现状
• 1.2.2 无线传感器网络操作系统－TinyOS
• 1.3 主要研究内容及章节安排
• 第二章 无线传感器网络技术
• 2.1 Zigbee网络体系结构
• 2.1.1 功能类型设备
• 2.1.2 节点类型
• 2.1.3 网络拓扑结构
• 2.2 Zigbee协议层次模型
• 2.2.1 物理层（PHY）
• 2.2.2 介质访问层（MAC）
• 2.2.3 网络层（NWK）
• 2.2.4 应用层（APL）
• 2.3 TinyOS体系结构与NESC语言
• 2.3.1 TinyOS体系结构
• 2.3.2 NesC语言
• 第三章 协议栈各层分析
• 3.1 MAC层协议
• 3.1.1 MAC协议分类及简介
• 3.1.2 X-MAC协议原理
• 3.1.3 X-MAC协议结构
• 3.2 网络层协议
• 3.2.1 CTP协议简介
• 3.2.2 CTP协议结构
• 3.3 应用层协议
• 3.3.1 应用层协议功能
• 3.3.2 应用层协议结构
• 第四章 基于TinyOS嵌入式系统的协议设计与实现
• 4.1 硬件系统及开发环境介绍
• 4.1.1 硬件系统
• 4.1.2 软件开发环境
• 4.2 CC2430 底层平台编制
• 4.3 路由协议与MAC协议组装
• 4.3.1 链路评估器连线配置
• 4.3.2 路由引擎连线配置
• 4.3.3 发送引擎连线配置
• 4.4 应用层协议实现
• 4.4.1 传感器模块实现
• 4.4.2 应用层模块实现
• 4.4.3 顶层配置组件
• 4.4.4 Makefile文件
• 第五章 系统实现与验证
• 5.1 硬件验证平台
• 5.2 Zigbee无线网络监控系统
• 5.3 协议验证
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献