Contiki系统下无线传感器网络信道切换技术研究

摘要

近些年，无线传感器网络应用的规模不断扩大，导致频率利用率降低、无线网络通信质量下降等问题突显，难以满足用户对高性能传感器网络的需求。为解决以上问题，需要进一步研究无线网络的频率管理方式，根据无线传感器网络的特点，对信道切换技术进行优化，提高网络的通信质量。最终实现一种轻量级、稳定的信道切换技术，对无线传感器网络的应用和发展有一定的现实意义。
　　本文首先对无线传感器网络的信道切换技术研究进行了综述；然后，对IEEE802.15.4协议栈的MAC层进行优化，并搭建硬件平台，将优化后的协议移植到Contiki操作系统中，在硬件平台上对信道切换技术进行研究；最后，通过仿真软件模拟现实网络，评估信道切换技术的性能和实用性。主要研究工作如下：
　　1、阐述无线传感器网络的信道切换技术的研究内容。对现有的频率管理技术进行了全面分析，结合无线传感器网络的技术特点，明确信道切换技术适用的频率管理方式，突出了信道切换技术应用于无线传感器网络的优势，证明该技术可用于解决信道质量下降的问题。并进一步研究了实现信道切换技术所必需的网络拓扑结构等相关技术支持。
　　2、优化信道切换的MAC层协议，并搭建硬件平台。结合通信协议栈的特点和工作原理，在现实网络中优化MAC层协议设计，实现信道切换技术；并在现有项目基础上搭建硬件平台，主要包括终端节点的电路设计、射频模块设计和性能测试。最后，将信道切换的相关协议移植到硬件平台上，在系统中完整的实现信道切换技术，其中硬件平台的搭建为理论研究提供现实依据。
　　3、使用Opnet软件对信道切换技术进行了网络仿真和性能测试。根据硬件条件和协议栈优化情况建立网络模型，在模拟环境中实现信道切换技术，对网络系统进行性能分析。先建立简单的网络结构，逐渐增加网络拓扑复杂度、扩大网络规模，深入研究这些因素对信道切换技术性能的影响。通过对仿真结果的分析，证明了信道切换技术的优越性和实用性，在解决信道质量下降的前提下，保证了一定的成功率。同时，本文对可使用信道切换技术的无线传感器网络的性能和应用场景提供了指导性意见。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状和趋势

1.3 主要工作

1.4 本文组织结构

第二章 信道切换技术

2.1 信道切换技术研究内容

2.2 信道切换技术相关协议

2.3 本章小结

第三章 信道切换MAC层优化

3.1 网络系统通信协议

3.2 MAC层协议概述

3.3 信道切换MAC层优化

3.4 全网络的信道切换MAC层优化

3.5 本章小结

第四章 硬件平台设计

4.1 硬件系统设计

4.2 终端节点硬件设计

4.3 射频通信模块设计

4.4 硬件性能测试

4.5 本章小结

第五章 软件仿真及分析

5.1 仿真软件简介

5.2 信道切换技术的仿真

5.3 信道切换技术性能分析

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 研究工作总结

6.2 今后研究展望

参考文献

读硕士期间发表论文和参与科研情况说明

致谢

附录 节点实物图

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