基于IEEE802.15.4/Zigbee的无线传感器网络的研究

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量分布的不同规格和功能的具有感知、计算和通信能力的微型传感器节点通过自组织的方式构成的一个小范围的无线网络。大量传感器节点通过相互之间的分工协作,可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。无线传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求,前者以数据为中心,后者以传输数据为目的。传感器网络最初是由于军事需要而发展起来的,随着传感器网络技术的逐步发展,它的应用也越来越广泛,现在己从军事防御普及到社会的各个领域,同时也要求无线传感器网络具有更小功耗,更低成本,以及更方便使用的性能,在这种情况下,ZigBee技术应运而生。ZigBee技术是一种短距离无线双向通信技术,该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点,具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。ZigBee技术特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识和研究现状;然后深入分析了ZigBee协议,给出了各个层的功能;之后,提出了一种基于ZigBee的组网算法,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;深入研究ZigBee路由机制,并对其路由性能进行了仿真;在此基础上本文设计一个小型的温度湿度监控网络系统;最后,对论文进行总结,提出今后的研究工作方向。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文结构
• 第2章 传感器网络
• 2.1 传感器网络
• 2.2 无线传感器网络简介
• 2.2.1 无线传感器网络概念
• 2.2.2 无线传感器网络应用
• 2.3 无线传感器网络关键技术
• 第3章 ZIGBEE 技术标准介绍
• 3.1 ZIGBEE 网络体系结构
• 3.1.1 两种功能类型设备
• 3.1.2 三种节点类型
• 3.1.3 三种网络拓扑结构
• 3.1.4 两种工作模式
• 3.2 ZIGBEE 协议的分层结构
• 3.3 ZIGBEE 协议栈各层结构
• 3.4 ZIGBEE 的协议栈
• 3.4.1 PHY 层
• 3.4.2 MAC 层
• 3.4.3 网络层
• 3.4.4 应用层
• 第4章 基于ZIGBEE 的组网原理和路由研究
• 4.1 组网原理
• 4.1.1 原语概念
• 4.1.2 网络地址分配算法
• 4.1.3 允许设备接入网络
• 4.1.4 设备接入网络
• 4.1.5 设备离开网络
• 4.2 路由机制
• 4.2.1 ZigBee 路由协议基本思想
• 4.2.2 ZigBee 路由过程
• 4.2.3 ZigBee 路由发现过程
• 4.2.4 路径开销
• 4.2.5 ZigBee 路由仿真
• 第5章 组网实现
• 5.1 硬件设计
• 5.1.1 芯片的选用
• 5.1.2 无线收发模块设计
• 5.1.3 电源模块
• 5.1.4 RS232 串口转换电路设计
• 5.1.5 节点硬件实现
• 5.2 软件设计
• 5.2.1 软件系统的结构
• 5.2.2 程序的设计与实现
• 5.3 编译环境和系统的建立
• 总结
• 参考文献
• 致谢