无线传感器网络设计方案：无线传感器网络通用点开发

1、无线传感器网络论文：无线传感器网络通用节点的开发【中文摘要】传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步孕育了无线传感器网络。 无线传感器网络由部署在监测区域内大量廉价微型传感器节点构成 , 通过无线通信的方式形成一个多跳自组织网络。无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力 , 将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起 , 为人们提供最直接、 最有效、最真实的信息 , 具有十分广阔的应用前景。不同的传感器网络应用关心不同的物理量 , 对系统的要求也不同 , 其硬件平台、软件系统和网络协议有很大的差别 , 这就要求节点上的系统必须具备很好的通用性、移植性和较低开发难度 , 以满足不用的应

2、用要求 , 引入嵌入式实时操作系统可以很好地解决这一问题。本文以实验室开发的基于 Microchip 公司的 PIC24 系列微处理器的嵌入式实时操作系统为软件开发平台 , 以无线传感器网络通用节点系统的设计为主要内容 , 阐述了其具体的技术和相关实现的方法。首先 , 研究了嵌入式实时操作系统的源代码 , 对操作系统中消息机制进行了优化。 其次 , 由于 PIC24 系列微处理器内部闪程序存储器的特殊读写性能 , 在操作系统中加入了内存管理优化方案 , 方便用户直接读写闪程序存储器。 再次 , 在优化了的嵌入式实时操作系统的基础上 , 结合无线传感器网络的体系结构以及操作系统任务划分和消息传递

3、机制 , 根据协议栈的划分 , 采用分层设计的思想 , 以屏蔽各层的内部实现 , 提供通用接口为目标 , 提出了无线传感器网络通用节点系统的设计方案。最后 , 针对工程应用中的两个实例 , 结合具体的软件设计过程, 充分阐述了如何方便快捷的在无线传感器网络通用节点系统平台上进行软件的设计和实现。通过两个工程应用系统的成功运行, 验证了无线传感器网络通用节点系统具有良好的稳定性和可靠性。可以看出, 在无线传感器网络系统中引入嵌入式实时操作系统 , 将系统做成通用的平台, 大大降低了应用程序的开发难度 , 加快了开发速度 , 降低了成本 , 并有效地提高了系统的稳定性、可靠性、可移植性和可扩展性。

4、【英文摘要】 Sensor technology, micro-electromechanical system, modern network and wireless communication technologyare integrated into the Wireless Sensor Network(WSN). The WSN, which is constructed of massive miniature sensors deployed inthe monitoring region, is a self-organizing network using the wire

5、less jumps relaying way conmmunication. The WSN expandspeople s ability of accessing to information, and makes thephysical information of the objective world and thetransmissionnetworktogether,which providespeoplewithrealinformationof most directand effective.So ithas a verybroadapplicationprospect.

6、Withthedifferentapplications,the WSNhas differenthardware platforms, software systems and networkprotocols. Thus, the nodes system must have good generality, transportability, and low developing difficulty to meet the different requirements. And the embedded real-time operatingsystem can solve this

7、problem well.In this thesis, using an embedded real-time operating system based on PIC24 family microprocessor which is developed by Microchip company as the software platform, a WSN general nodes system is designed,which has the characteristics of generality, transportability and expandability.Firs

8、tly, the source code of the embedded real-time operating system is studied, and the optimizationabout the message mechanism is put forward.Secondly, becauseof the internalflashprogram memorys specialread and writeperformance of the PIC24 family microprocessor, an optimized scheme about the memory ma

9、nagement is developed in the operating system, which contributes to operate the flash program memory.Thirdly, based on the optimized embedded real-time operating system, the WSN general nodes system is established, which is conbination of the WSN architecture and the task and message mechanism of th

10、e operating system.Referringto the WSNprotocolsatck,adoptinglayeredsrtucturedesign, the designed WSN system is aim for shielding thesoftwarerealizationof each layerand providinginterfacesforthem.Finally,taking twoprojectsas examples, theconvenientand efficientprogramming based on the WSNgeneralnodes

11、 systemplatform is illustrated by giving the detailed softwarecode.The successfulrunningof the two projectsshows thatthedesigned WSN general nodes system is of good stability andreliability. It is observed that developing WSN system basedon the embeddedreal-timeoperatingsystem can greatlyreducesthe

12、difficulty of designing application program, acceleratesdevelopment speed, lowers the cost and enhances the system s stability, reliability, transportability and expandability effectively.【关键词】无线传感器网络嵌入式实时操作系统协议栈 消息通用性【英文关键词】Wireless Sensor NetworkEmbeddedreal-time operating systemProtocol stackMess

13、ageGenerality【目录】无线传感器网络通用节点的开发中文摘要10-12 ABSTRACT12-13第一章 绪论 14-181.1课题研究的背景和意义 14-15 1.2国内外研究现状 15-161.3课题主要研究内容及安排16-18第二章嵌入式实时操作系统的优化18-462.1嵌入式实时操作系统18-22嵌入式实时操作系统简介18-20嵌入式实时操作系统的使用20-222.2嵌入式实时操作系统优化管理分析22-232.3消息管理优化23-31 2.3.1 消息类型 232.3.2 消息控制块 23-252.3.3消息通信机制的实现 25-312.4 内存管理优化 31-462.4.1

14、PIC24F微处理器闪程序存储器31-34内存管理优化34-46第三章 WSN通用节点的开发 46-723.1 WSN的体系结构46-47 3.1.1网络体系结构 463.1.2通信体系结构46-473.2 WSN通用节点的功能及实现机制47-483.2.1 系统功能 473.2.2系统功能实现机制47-483.3无线射频收发模块 48-513.4物理层设计与优化51-543.4.1物理层功能概述51 3.4.2物理层帧结构 51-523.4.3物理层管理的消息52-53 3.4.4物理层管理的任务533.4.5物理层功能实现及优化 53-543.5MAC子层的设计与优化54-633.5.1MAC子层功能概述 54-563.5.2 MAC子层帧结构 56-573.5.3MAC子层管理的消息 57-583.5.4MAC子层管理的任务58-593.5.5 MAC子层功能实现及优化59-633.6 网络层设计与优化63-683.6.1 网络层功能描述 633.6.2 网络层帧结构 63-643.6.3网络层管理的消息 64-653.6.4 网络层管理的任务653.6.5网络层拓扑结构 653.6.6网络层功能实现及优化65-683.7应用层的设计与优化 683.8 低功耗设计 68-703.9 本章小结 70-72第四章 无线传感器网络通用节点的工程应用72-864.