ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改進及實現(xiàn).pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為以上多種高新技術(shù)融合的產(chǎn)物己經(jīng)成為計算機科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)通信科學(xué)中一個活躍的研究分支，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，它被認為是對二十一世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

2、它的研究在方便人類生活、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動控制、軍事偵察現(xiàn)代化等方面具備很高的理論和現(xiàn)實意義。本文就是在這樣的背景下，探索研究組網(wǎng)迅速，通訊安全，體積微小的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文在回顧了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并詳細分析了本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目的需求的基礎(chǔ)上，選用了穩(wěn)定、安全、低成本、節(jié)能的ZigBee無線通訊協(xié)議，設(shè)計和實現(xiàn)了ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸平臺，并對ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在路由算法和信道切換機制進行了初步的研究。

3、本文主要工作有以下幾個方面：(1)在對短距離通信技術(shù)及IEE802.15.4/Zigbee協(xié)議分析研究的基礎(chǔ)上，本文提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳感器節(jié)點的設(shè)計方案。采用ARM7芯片和CC2520射頻芯片，建立了工作頻率為2.4GHz的ZigBee協(xié)議的無線數(shù)據(jù)傳輸平臺。文中詳細說明了ZigBee協(xié)議棧各層的開發(fā)以及開發(fā)過程中所采用的關(guān)鍵的技術(shù)和遇到的問題。(2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目中有節(jié)點定位的需求，所以需要對ZigBee協(xié)議棧任務(wù)

4、和定位任務(wù)之間進行切換。為了使任務(wù)間切換更加穩(wěn)定和快速，設(shè)計了ZigBee協(xié)議棧在實時操作系統(tǒng)UC/OS下的任務(wù)分割。文中詳細定義了ZigBee協(xié)議棧的物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層等各層任務(wù)的優(yōu)先級和堆棧長度，也提出了一種任務(wù)間的協(xié)調(diào)機制。(3)本文設(shè)計并實現(xiàn)了面向ZigBee協(xié)議的信道切換機制。文中提出了兩種信道切換序列方案：仿藍牙序列和混度序列；通過仿真比較仿藍牙序列和混沌序列在平衡性和漢明相關(guān)性的差異，通過性能比較后確定使用混沌序列進

5、行信道切換。隨后詳細敘述了如何通過結(jié)合項目中的GPS定位模塊實現(xiàn)面向ZigBee協(xié)議的信道切換機制的過程，此機制使ZigBee協(xié)議在通訊的安全性和穩(wěn)定性上有了很大幅度的提升。(4)本文對ZigBee協(xié)議的路由算法也進行了一些改進。在經(jīng)典的AODV路由協(xié)議應(yīng)用過程中在節(jié)能、安全性和穩(wěn)定性等方面存在很大缺陷，針對這些缺陷并基于GPS模塊所提供的位置信息提出了一些ZigBee路由算法的改進策略：動態(tài)功率調(diào)整和區(qū)域概率廣播。通過NS-2仿真工具