蓝牙技术在嵌入式无线传感器网络中的应用研究

摘要

无线化、网络化、综合化和微型化已成为传感器技术的发展方向。嵌入式无线传感器网络EWSN(EmbeddedWirelessSensorNetwork)可用于环境与生态监测、工业过程监控、交通管理与调度、安全监视、军事侦察等诸多领域，已引起了世界许多国家的工业界、学术界以及安全与军事部门的高度重视。 基于蓝牙技术的嵌入式传感器网络研究主要解决两个问题：一是蓝牙散射网拓扑结构形成算法的研究；二是嵌入式蓝牙传感器节点的设计。 本论文着眼于工业现场数据采集和环境监测等应用场合，针对目前蓝牙传感器网络中存在的问题，研究了蓝牙散射网的拓扑理论算法，提出一种改进的蓝牙散射网拓扑结构形成方法；同时设计了嵌入式蓝牙传感器节点，以此作为实现蓝牙传感器网络的试验平台。 论文深入研究了蓝牙散射网的特性，分析和比较了解决这些课题所提出的各种主要算法和方案，并对这些算法进行了性能分析，从中找到了值得借鉴的思路，提出了一种改进的蓝牙散射网拓扑结构形成算法。这种算法是一种简单有效的可递归算法，具有良好的可扩展性，不需要节点限制在相互通讯范围内，也不需要等到整个散射网拓扑结构形成后再进行连接通信，只要有微微网形成就可以相互连接通信，并且能够适应动态网络环境。通过数学证明，算法具有以下性能：时间复杂度为O(logN)，消息复杂度为O(N)，创建散射网的网络直径为O(logN)，其中N为网络节点个数。 论文设计了蓝牙传感器节点(BSN)的嵌入式结构，包括数据采集部分(DC)、蓝牙连接接口部分(CM)、用户应用接口部分(UI)和网络协议设计部分(NP)。

目录

文摘

英文文摘

0前言

0.1概述

0.2蓝牙无线传感器网络的国内外研究现状

0.3蓝牙散射网组网算法的研究现状

0.4论文的研究内容

1嵌入式蓝牙传感器网络的通信基础和体系结构

1.1无线通信网络技术

1.1.1蓝牙技术

1.1.2其它几种无线通信技术比较

1.1.3 UWB通信技术

1.2蓝牙自组网技术

1.2.1蓝牙网络结构

1.2.2散射网结构特点

1.3基于蓝牙散射网的无线传感器网络体系结构

1.3.1分层网络结构

2蓝牙散射网的拓扑结构设计

2.1两种典型的无线传感器网络分群算法分析

2.1.1最大连接度分群算法

2.1.2最小ID分群算法

2.1.3最小ID分群和最大连接度分群算法性能比较

2.2递归式蓝牙散射网拓扑结构形成算法特点

2.3改进的递归式蓝牙散射网拓扑结构形成算法设计

2.3.1蓝牙散射网的组网目标

2.3.2散射网形成

2.3.3微微网形成

2.3.4算法改进

2.3.5算法性能分析

3蓝牙传感器网络节点设计

3.1蓝牙传感器节点的硬件核心和软件平台

3.1.1 SPCE061A微处理器特点

3.1.2 MiniOS操作系统的主要特性

3.2 USB接口设计

3.2.1 PDIUSBD12芯片的特点

3.2.2 PDIUSBD12固件的程序设计

3.3蓝牙射频网络接口

3.4蓝牙传感器网络节点(BSN)的软件设计

3.4.1 BSN系统软件结构

3.4.2蓝牙主机控制器接口(HCI)驱动程序及其高层协议集

3.5实验结果

4总结与展望

参考文献

附录

致谢