基于ZigBee协议的无线传感器网络网络层协议栈的设计和实现

摘要

无线传感器网络是一种以探测采集数据为目的、高密度、自组织、低数据率的无线网络，集信息采集、信息传输、信息处理于一体。无线传感器网络体积小、功耗低、价格低，具有广阔的应用前景。 本文在无线传感器硬件平台上实现了ZigBee网络层协议栈，并对离开网络协议进行了改进研究，主要工作如下： 1、在硬件平台上裁减和移植μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统。 2、设计并实现了可应用于硬件平台的基于ZigBee协议的网络层协议栈，并设计和完成了硬件实验。 3、对网络层的组网过程进行仿真，探讨了节点密度、最大孩子数、ZC位置与网络拓扑的关系。 4、设计并实现了可应用于硬件平台的改进的离开网络层协议，并设计和完成了硬件实验。 5、对改进的离开网络协议进行了仿真，研究了适用于改进的离开网络层协议的节点密度、最大孩子数及深度。

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第一章绪论

1.1无线传感器网络概述及研究现状

1.2本课题的介绍

1.3论文的结构及主要工作

第二章IEEE 802.15.4协议及ZigBee协议简介

2.1 IEEE802.15.4协议简介

2.2 ZigBee网络层协议简介

2.3网络层服务接口原语

2.4网络帧格式

2.5常数和网络信息库NIB

2.6网络和设备维护

2.7传输和接收

2.8路由

2.9网络层安全

2.10小结

第三章μCOS/Ⅱ嵌入式操作系统及移植

3.1简介

3.2任务管理

3.3时间管理

3.4内存管理和分配

3.5事件控制块和消息队列

3.6 移植μCOS/Ⅱ移植

3.7小结

第四章基于ZigBee的网络层协议栈的实现、硬件实验与仿真

4.1 MAC层和网络层的通讯、同步、互斥

4.2应用层和网络层的通讯、同步、互斥

4.3内存的管理和分配

4.4操作系统时钟节拍与实时性

4.5网络层主任务和子任务

4.6网络层拓扑

4.7数据传输

4.8路由

4.9常用函数

4.10网络层协议栈启动函数

4.11栈文件

4.12硬件实验

4.13仿真实验

4.14小结

第五章改进的离开网络协议

5.1离开网络协议的改进设计

5.2改进的离开网络协议的实现

5.3硬件实验

5.4仿真及能量代价分析

5.5小结

第六章仿真实验

6.1真实物理系统仿真实现的关键

6.2仿真建模

6.3仿真统计方法说明

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录