基于物联网的通信节点与MAC协议研究与设计

摘要

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是信息产业的又一次跨越式发展。物联网最直接的应用体现就是无线传感网络，无线通信节点和MAC协议属于无线通信网络的最低层，它是整个系统通信和信息感知的基础。但随着物联网的高速发展，相关的技术却不能满足当前的需求，传感节点和MAC协议也成了无线通信网络在物联网基础发展上的瓶颈。
　　本文针对短距离无线通信网络在物联网行业存在的一些问题，以广东顺德区的智慧城市产业项目为背景，对无线通信节点和MAC协议做出更深一步的比较和研究。结合物联网的多元化应用特性，对现有的无线通信网络节点和MAC协议进行设计和改进。本文主要的研究内容包括：通过对物联网的层次结构和相关特点进行分析以及对当前短距离无线通信系统中的硬件设备进行比较分析，结合行业背景，设计出一套合适的硬件系统；根据物联网的特点，对现有系统中的主节点和子节点加入了身份ID编码，在此基础上设计了系统中各个层次的无线网络通信帧格式，使系统更利于后期的扩展和优化；针对传统无线通信网络系统中，各个传感器节点位置是固定的，没有考虑节点位置变化对通信网络性能的影响，通过对目前基于竞争方式类的MAC协议进行比较分析，提出了在物联网无线通信系统上基于虚拟簇形成的MAC协议。同时针对大规模无线节点通信时信道冲突和数据碰撞问题，对CSMA/CA机制中的退避算法做了相应地改进；最后，根据提出的MAC协议的设计思想，对系统中的MAC协议进行了理论分析和软件仿真，并把设计的无线通信节点和MAC协议放到智能家居系统项目和智能电梯监控系统中进行了通信测试和数据分析，得出了系统的最佳的通信方案。
　　本文设计的无线节点和MAC协议在无线通信网络中具有通用性和可扩展移植性。设计的无线传感器节点节约了成本，有利于系统扩展，设计的MAC协议可以有效地解决节点移动性对网络性能的影响，同时也减小了数据碰撞的概率，降低了能耗，提高了系统连通性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究目的及意义

1.3 相关领域国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

第2章 基于物联网的无线通信节点设计

2.1 物联网架构分析

2.2无线通信节点设计

2.3 本章小结

第3章 节点通信网络设计与实现

3.1 节点通信网络软件整体需求设计

3.2 软件模块化设计

3.3 无线通信数据帧设计

3.4 本章小结

第4章 MAC协议分析及设计

4.1 MAC层工作机制

4.2基于竞争方式类的MAC协议

4.3 基于虚拟簇形成的MAC协议

4.4 本章小结

第5章 仿真测试与系统应用

5.1 仿真平台简介

5.2 仿真结果分析

5.3 系统应用

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录 研究生期间参与的项目