ZigBee无线通信网络节点设计与组网实现_图文

1、 万方数据 万方数据 万方数据 ZigBee无线通信网络节点设计与组网实现作者:高键, 方滨, 尹金玉, 胡葛军, Gao Jian, Fang Bin, Yin Jinyu, Hu Gejun作者单位:北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京,100022刊名: 计算机测量与控制英文刊名:COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL年,卷(期:2008,16(12引用次数:0次参考文献(7条1.于海斌.曾鹏智能无线传感器网络系统 20062.张平.康桂霞.田辉甚低功耗无线通信技术ZigBee期刊论文-中兴通讯技术 2006(43.IEEE Std 802.15.4-2

2、003.IEEE standard for information teehnology:Telecommunications and information exchange between systerns:Local and metropolitan area networks specific requirements:part 15.4 wireless medium access control(MACand physical layer(PHYspecifications for low-rate wireless personal area networks(LR-WPANs

3、20034.Egan D The emergence of zigbee in building automation and industrial control 2005(25.王建平.徐其林.张茂林基于EPA标准的ZigBee网络构建方法的研究期刊论文-计算机测量与控制 2008(16.胡大可MSP430系列单片机c语言程序设计与开发 20037.Edgar H.CaIlawy J.Callaway E H Wireless sensor networks:Architectures and Protocols 2003相似文献(9条1.学位论文尹建方移动多跳多链路多媒体网络体系结构研究

4、2007无线通信网络由于能快速、灵活、方便地支持用户的移动性而成为个人通信和internet发展的方向。区别于传统无线通信网络的集中式控制方式,移动Ad Hoc、无线Mesh网络以及无线传感器网络作为无线通信的一个重要分支,以其组网速度快、无固定基础设施要求、节点可移动等特点,广泛应用于军用和民用等领域。但同时这些网络模式也存在诸如带宽有限,能量有限,在节点高速移动、网络拓扑时变的情况下对多媒体业务支持不足、QoS保障不力等方面的局限性,使得对解决此方面问题的研究成为热点。 本文致力于在无线移动环境下提供可靠QoS支持的多媒体通信网络方面的研究,提出了一种新的无线多跳多链路多媒体网络模型M4N

5、et(Mobile Multihop Multilink Multimedia Network及其相应的QOS体系M4QoS(Mobile Multihop Multilink Multimedia QoS。 M4Net网络模型在参考移动Ad Hoc、无线Mesh网络和无线传感器网络的体系结构的基础上,遵循802.16和WiMAX协议,运用OFDM技术,较好地解决了隐藏终端和暴露终端问题。基于M4Net网络模型,参考IPv6、资源预留协议RSVP等技术,建立起一个跨层的自适应QoS体系,通过区别不同QoS需求的业务流,利用资源预留协议在无线信道上按需预留带宽等通信资源,对具有快速部署、无中心、

6、节点高速运动、网络拓扑时变等特征的无线通信网络,为语音、图像及数据等多种业务提供高速率、低时延的,具有灵活、可靠QoS保障的端到端多跳传输服务,在军事、民用等特殊环境或紧急情况下快速搭建具有QoS能力的高效安全的多媒体无线通信网络。通过理论分析和仿真验证,证明了M4QoS体系的有效性和可行性。2.学位论文高键ZigBee短距离无线通信网络的研究与实现2008随着半导体技术、嵌入式系统和计算机等技术的进步,短距离无线通信技术得到了飞速的发展,已经成为通信领域的一个研究热点。目前存在着多种短距离无线通信技术,如红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi技术、超宽带技术、ZigBee技术和射频技术等。这些技术各

7、有优点和缺点,传输速率和距离各不相同,适用于不同的领域。ZigBee技术的显著特点是低成本、低功耗、低传输速率,可广泛应用于工业控制、无线传感器网络、医疗监护、智能家居、环境监测以及消费类电子设备的遥控装置等领域。ZigBee技术作为一种新兴的无线技术,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量挑战性的研究课题。 本文在研究ZigBee协议的基础上,设计实现了具有较简单功能的zigBee无线通信网络平台。 该平台网络节点的硬件部分由控制母板和射频卡两部分组成,其中控制母板的核心为MSP430F1611单片机,射频卡的核心为CC2420射频芯片。控制母板和射频卡通过SPI接口进行通信,控

8、制母板处于主模式,射频卡处于从模式。网络平台软件设计部分主要编写了MSP430单片机、射频芯片驱动、星型和树型网络拓扑以及节点入网等程序。 对搭建的网络平台进行了通讯距离、星型网络通讯、树型网络通讯、网络节点的失效及重连和抗同频干扰等测试,测试结果表明本平台具有较好的可靠性和稳定性。3.期刊论文张检保.廖惜春.ZHANG Jian-bao.LIAO Xi-chun Ad Hoc网络路由协议的研究与仿真分析-五邑大学学报(自然科学版2007,21(1无线Ad Hoc网络的路由算法是Ad Hoc网络的核心技术之一.Ad Hoc网络具有动态拓扑的特点,主要表现为网络节点数目和节点运动导致网络拓扑结构

9、变化.为研究Ad Hoc网络规模和拓扑变化对分组投递率、时延、路由控制开销等性能的影响,采用Opnet软件进行仿真.结果表明Ad Hoc网络拓扑和规模变化时,从时延、收包率、路由控制等方面综合考虑,选择动态源路由协议算法较为理想.4.期刊论文赵强.程冬焱浅谈山西区域地震无线通信网络-山西地震2003(1对无线通信与现代网络通信的通信方式、网络功能、网络拓扑等进行了对比分析,讨论了无线通信与现代网络通信在防震减灾工作中的重要作用,对山西省区域地震通信网络的实际情况及其承担的主要任务进行了分析,从其对中强地震的应急响应、抗震救灾中迅速及时传递震情、灾情,为政府和有关部门应急指挥、决策提供可靠依据等

10、方面进行了总结.得出计算机通信网络可为大地震快速响应,为抗震救灾指挥等提供平台的结论.5.期刊论文杨盘隆.陈贵海.史春丽.田畅.YANG Pan-long.CHEN Gui-hai.SHI Chun-li.TIAN Chang k-冗余结构无线自组网广播算法研究-系统仿真学报2008,20(5针对 k-冗余连接路由算法的特点,对最优广播树的生成算法进行了研究.首先根据最优广播树的数学模型,证明了它是一个 NIP 难题(NP-Complete.然后针对网络拓扑的特点提出了启发式广播树生成算法.针对算法的特点,分析了算法复杂度和算法的效率.结合 GlomoSim 仿真平台,在无线网络环境下对算法的

11、效率进行了仿真,将协议的性能与简单广播算法进行了比较.仿真结果表明,启发式广播算法能够减小网络开销和节点的转发次数,提高网络的传输效率.6.学位论文姚仲欢无线传感器网络中基于网络拓扑与路由的节能技术研究2008近年来,无线通信技术的发展和进步给无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN的应用提供了机遇和挑战。WSN这种集分布式处理能力、高监测精度探测能力、高容错能力、覆盖面积广、可以进行远程监控、与数据为中心等众多优点于一身的自组织密集型无线通信网络有着潜在的和广泛的应用。然而,其由大量的微型传感器节点组成,这种微型化的传感器节点能量极其有限,并且能量是无法补充或

12、更换的,一旦耗尽,节点便“死亡”。因此,能量是WSN最重要的资源,影响着WSN的使用寿命,也影响着WSN应用的普及。为了最大化WSN的使用寿命,促进WSN应用的普及,我们必须对WSN进行节能研究。 本文主要从拓扑控制和路由方面为WSN进行节能研究。其中,拓扑控制技术可以延长网络的生存时间、减小节点间通信的干扰、提高MAC(Media Access Control协议和路由协议的效率、为数据融合提供拓扑基础,而且拓扑控制是一种重要的节能技术。从节能的角度考虑,网络层产生的数据流量有显著的冗余性,应该设法减少这种冗余。例如,通过在路由协议中使用数据融合等技术可以有效地降低整个网络的数据流量,减少通

13、信数据的冗余,进而可以减少通信、减少对通信模块的利用。无论如何,降低整个网络的数据流量跟路由协议的设计紧密相关。 本文首先介绍WSN的基本知识,然后分别从单个传感器节点和整个WSN体系结构分析WSN的能耗情况,以便寻求最合理的节能策略。分析结果表明,传感器节点的收发机部件消耗的能量最高,而节点的其它部件消耗的能量较少,并且收发机部件在不同工作模式下所消耗的能量也不同。对于整个网络体系来说,消耗能量的主要来自各种通信协议,因为这些协议控制和调节传感器节点的工作,当然也利用着节点的收发机部件。显然,利用整个WSN的节点总数越多,利用节点的收发机部件越多,则该通信协议消耗WSN的能量就更多。路由协议

14、的设计应该考虑怎样均匀有效地使用节点的能量,利用少数节点就能够获得预定效果,最大化网络寿命。 接着研究了目前具有代表性的节能拓扑控制和路由技术,分析并比较了它们的优缺点。在第五章,根据能耗分析的结果,借鉴具有代表性的协议的优点,明确了节能的重点是减少节点收发部件的使用率。同时根据WSN数据传输的特点(数据沿着路由最终传输到一指定点,最终采用了最短路径树算法构造路由。与最小生成树相比,最短路径树构造的路由具有低延时、节能、提高整个WSN的可靠性等优点。 本文还做了数值实验,从节点均匀部署和随机部署两方面证明得出的结论。7.学位论文林群艳Ad Hoc网络中支持QoS的DSR路由协议研究及NS2模拟

15、2007Ad Hoc网络是由一组带有收发装置的移动节点组成的一个临时性多跳自组织的无线移动通信网络。随着Ad Hoc网络传输多媒体业务需求的增加,要求网络支持服务质量(QoS。然而Ad Hoc网络的无线多跳,带宽资源受限,网络拓扑动态变化给QoS研究带来了新的挑战。 本文总结了国内外相关研究成果,研究了Ad Hoc网络中支持QoS的路由协议,改进了DSR动态源路由(Dynamic Source Routing Protocol,提出了QoS-DSR路由协议。DSR协议采用源路由机制,中间节点不需要存储路由信息,不使用周期性的路由通告,节约带宽并且减少功率消耗,具有高效的路由效率,非常适合规模相

16、对较小的Ad Hoc网络。但是DSR协议只支持尽力而为的业务,不具有QoS保证。因此,本文首先分析DSR协议在支持QoS上的不足,并总结了国内外DSR协议的QoS研究进展,对于不同的改进方案加以分类比较,分析其优缺点。 接着,本文基于DSR协议设计了一个支持QoS的路由协议QoS-DSR。OoSDSR对DSR协议的改进主要体现在三方面:(1改进了路由发现过程,在路由请求分组中增加了QoS参数;(2路由选择不以最短跳数为标准,综合考虑带宽,时延,节点拥塞情况,链路稳定性等因数;(3融和单路径与多路径。OoS-DSR根据链路状况选择满足业务QoS要求的路径,并充分利用单路径与多路径的优点,增强了网

17、络负载平衡能力,提高了网络利用率,更好的满足业务QoS需求。 最后,本文使用网络模拟软件NS2对QoS-DSR协议进行了性能评价。模拟结果表明: QoS-DSR在网络吞吐量方面比DSR表现优秀,因而有效的提高了网络利用率。 QoS-DSR路由开销在可接受范围内。 QoS-DSR协议支持带宽,时延等QoS指标。 因此,我们得出结论:QoS-DSR是一种比较有效的QoS路由协议。8.学位论文邓驭坤可穿戴计算机无线通信模块与组网技术研究2003可穿戴计算机(WearableComputer是一类微型或超微型、可穿戴、人机“最佳结合与协同”的新概念微型个人移动计算系统,是计算“以人为本,人机合一”这一

18、理念的必然产物。可穿戴计算机从概念、体系结构、人机关系和交互方式、功能和应用领域以及设计和开发方法等诸多方面都远远超出了传统桌面计算和一般移动计算的范畴,它是一种崭新的计算概念和模式。可穿戴计算机的出现拓展了计算机功能,开辟了新的计算机应用领域,为计算机科学与技术提出了新的课题与挑战。 但可穿戴计算机因其自身特性(移动性、可穿戴性决定了必须依靠无线网络通信技术来作为支撑,帮助其实现在移动环境下的多用户之间的工作协同以及信息的传递与共享。而目前国内对于可穿戴计算机各方面的研究才刚刚展开,对无线网络通信在可穿戴计算机方面的应用的研究并不深入,缺乏一个较为成熟且适用于广泛应用领域的可穿戴计算机无线网

19、络通信的实现方案。同时,与可穿戴计算机无线通信网络相适应的组网技术也并不成熟。基于这种研究背景,本文所做主要工作如下: (1在收集和阅读大量文献的基础上,系统的研究并总结了可穿戴计算机自身的特性以及由此所决定的对于无线网络通信的需求,分析对比了现有几种无线通信技术的性能特点。 (2在上面所做出的分析和总结基础之上,结合实验室研制的可穿戴计算机Netdaily-的特殊应用环境,提出了一种适用于可穿戴计算机的无线通信网络的解决方案。(3针对可穿戴计算机自身的特点,将无线自组网技术引入可穿戴计算机无线通信网络组网技术之中。在收集阅读大量文献的基础上,总结分析了无线自组网的特性、体系结构,安全问题、Q

20、oS问题,并且分析对比了当前国际上比较常用的几种无线自组网路由选择算法。 (4结合可穿戴计算机无线网络环境的特点,在对自组网路由选择算法比较分析的基础上,提出了一种适用于可穿戴计算机无线网络的基于混合路由策略的LSR(LinkStateRoutingProtocol路由协议的框架,它能够根据网络拓扑结构变化的不同程度在先应式和后应式路由策略之间进行自然平滑的切换。同时,LSR引入了两种比较有效路由选择尺度:无线信道优劣度和无线信道生存时间,并能够基于这种路由选择尺度,进行路由信息交换、计算、发现和维护。9.学位论文尤福祥Ad-hoc网络中动态源路由(DSR协议的研究与实现2005传统有线网络在时间和空间的灵活性上受到极大束缚,随着网络技术的高速发展,移动无线通信网络应运而生。传统的移动无线通信网络以蜂窝移动通信网络和无线局域网两种方式为