无线传感器网络可靠数据传输节点设计

论文摘要

无线传感器网络（WSN）作为通信技术中一个新的研究领域，具有非常广泛的应用前景。由于无线传感器网络的存储、计算及能量供应都非常有限，使得WSN的可靠数据传输面临巨大挑战。最大程度地提高信息传输的可靠性就成为无线传感器网络设计者追求的目标。对信息进行纠错编码是提高WSN数据传输可靠性的重要手段，但是由于受节点自身处理能力的限制，传统节点只能进行一些简单编解码运算，其可靠性仍不能满足人们的需要。本文设计并实现了一种具有高运算性能、高可靠性的无线传感器网络节点。该节点利用可编程片上系统(SOPC)技术，设计满足复杂运算所需处理能力的嵌入式软核，并采用定制指令的手段显著降低程序执行的复杂度。随后，将RS码运用其中，并采用先进的Chase2软判决算法进行译码，能够大大提高节点间数据传输的可靠性。论文最后对该节点进行了测试。测试表明，采用本文所述方法设计的无线传感器网络节点在算法执行时需要较少的指令，具有较快的译码速度，节点间数据通信的误帧率非常低，具有很好的数据传输可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.3 WSN中数据传输可靠性研究现状
• 1.4 本文研究内容及结构
• 第二章 WSN节点设计原理及可靠数据传输技术
• 2.1 WSN节点原理
• 2.1.1 传感器网络节点结构
• 2.1.2 传感器节点设计的特点
• 2.1.3 传感器网络节点的限制
• 2.2 WSN中的可靠数据传输技术
• 2.2.1 拥塞控制与检测
• 2.2.2 路由控制
• 2.2.3 数据冗余
• 2.3 WSN可靠性设计的可行性分析
• 2.3.1 编码在WSN中的可行性分析
• 2.3.2 编码方式的选择
• 2.4 RS码的编解码原理
• 2.4.1 RS码的定义及特性
• 2.4.2 RS码的编码原理
• 2.4.3 RS码的译码原理
• 2.4.5 Chase2 软判决译码算法
• 第三章 无线传感器网络节点硬件电路设计
• 3.1 节点硬件系统架构
• 3.2 传感器及其调理电路原理设计
• 3.2.1 电化学传感器
• 3.2.2 CO电化学传感器信号调理电路
• 3.3 无线数据收发电路设计
• 3.3.1 数据发送电路设计
• 3.3.2 数据接收电路设计
• 3.4 AD采样模块电路设计
• 3.5 控制及数据处理模块设计
• 3.5.1 FPGA最小系统电路设计
• 3.5.2 系统外部存储器设计
• 3.5.3 系统外设原理设计
• 3.6 RS编码器设计
• 第四章 无线传感器网络节点软件设计
• 4.1 节点软件平台设计
• 4.2 节点软核系统设计
• 4.2.1 软核系统构造
• 4.2.2 伽罗华域运算模块设计与实现
• 4.2.3 SRAM控制器定制
• 4.2.4 PS2 接口定制
• 4.2.5 SDRAM控制器IP核配置
• 4.2.6 CFI控制器IP核配置
• 4.3 节点软件开发
• 4.3.1 硬件抽象层（HAL）系统库
• 4.3.2 定制指令调用及外设访问控制
• 4.3.3 Chase2 算法软件设计
• 第五章 节点性能验证及测试
• 5.1 测试平台设计
• 5.2 节点性能测试
• 5.2.1 节点译码性能测试
• 5.2.2 节点运算性能测试
• 5.3 WSN节点间通信性能测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果