ZIGBEE无线传感器网络协议改进及实现
随着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感器网络作为以上多种高新技术融合的产物己经成为计算机科学和网络通信科学中一个活跃的研究分支，引起了学术界和工业界的高度重视，它被认为是对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。它的研究在方便人类生活、环境监测、工业自动控制、军事侦察现代化等方面具备很高的理论和现实意义。本文就是在这样的背景下，探索研究组网迅速，通讯安全，体积微小的无线传感器网络。本文在回顾了无线传感器网络技术的国内外发展现状，并详细分析了本无线传感器网络项目的需求的基础上，选用了稳定、安全、低成本、节能的ZigBee无线通讯协议，设计和实现了ZigBee无线数据传输平台，并对ZigBee无线传感器网络在路由算法和信道切换机制进行了初步的研究。本文主要工作有以下几个方面：(1)在对短距离通信技术及IEE802.15.4/Zigbee协议分析研究的基础上，本文提出了无线传感器网络的系统结构及传感器节点的设计方案。采用ARM7芯片和CC2520射频芯片，建立了工作频率为2.4GHz的ZigBee协议的无线数据传输平台。文中详细说明了ZigBee协议栈各层的开发以及开发过程中所采用的关键的技术和遇到的问题。(2)无线传感器网络项目中有节点定位的需求，所以需要对ZigBee协议栈任务和定位任务之间进行切换。为了使任务间切换更加稳定和快速，设计了ZigBee协议栈在实时操作系统UC/OS下的任务分割。文中详细定义了ZigBee协议栈的物理层、MAC层、网络层等各层任务的优先级和堆栈长度，也提出了一种任务间的协调机制。(3)本文设计并实现了面向ZigBee协议的信道切换机制。文中提出了两种信道切换序列方案：仿蓝牙序列和混度序列；通过仿真比较仿蓝牙序列和混沌序列在平衡性和汉明相关性的差异，通过性能比较后确定使用混沌序列进行信道切换。随后详细叙述了如何通过结合项目中的GPS定位模块实现面向ZigBee协议的信道切换机制的过程，此机制使ZigBee协议在通讯的安全性和稳定性上有了很大幅度的提升。(4)本文对ZigBee协议的路由算法也进行了一些改进。在经典的AODV路由协议应用过程中在节能、安全性和稳定性等方面存在很大缺陷，针对这些缺陷并基于GPS模块所提供的位置信息提出了一些ZigBee路由算法的改进策略：动态功率调整和区域概率广播。通过NS-2仿真工具对本文提出的机制进行仿真测试后，发现改进后的路由协议在网络延时和节能等方面都有较大改进。
无线传感器网络;ZigBee;AODV;CC2520;GPS
上海交通大学
硕士
微电子学与固体电子学
李振波
2010
中文
TP212.9;TN915.04
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）