基于LZW算法的实时数据压缩无线传感器网络的研究与设计

摘要

随着无线传感器网络技术的兴起，在工业、农业乃至人们日常生活的各方面，这项技术都有着非常广泛的应用，同时，在无线传感器网络技术中，采用ZigBee无线通信有着低功耗、低成本等重要优势。随着终端节点需要传输的数据量逐渐变大，并且在特定环境下必须使用ZigBee无线网络进行远距离无线通信时，就需要先将终端节点采集到的数据进行压缩，然后再进行传输，最后对数据进行还原。
　　针对上述技术特点，结合无线传感器网络和数据压缩算法各自的优势，完成了基于LZW算法的实时数据压缩无线传感器网络的设计与实现。系统通过测量外部传感器提供的振动、压力、温度等电压信号，并对采集的数据进行实时压缩、存储及传输，从而降低了测试人员的工作量并且降低带宽占用。
　　在本设计中所搭建的实时数据压缩无线传感器网络，由一个终端节点、多个路由器、一个协调器以及一台上位机构成。终端节点负责将采集到的数据经过LZW压缩算法压缩后，将数据进行存储并且发送;路由器节点负责无线网络中数据的中继;协调器负责将接收到的数据发送至上位机;上位机负责将接收到的数据进行还原以及命令的下发。其终端节点的核心部分主要由型号为XC6SLX25的FPGA和CC2530无线收发芯片构成,FPGA将A/D转换器采集的四个通道电压数据进行实时压缩，并通过UART串口与CC2530进行通信。在网络功能实现方面，利用Z-stack协议栈完成了终端节点、路由器节点以及协调器节点上CC2530芯片的开发与配置，并成功组网。
　　经过仿真分析与最终的测试验证，本文设计的实时数据压缩无线传感器网络可以满足设计指标要求，实现了对远程数据的无线采集与存储，并通过对数据的压缩降低了网络占用率，具有一定的实用价值和应用前景。

目录

声明

摘要

1．1课题研究的背景和意义

1．2数据压缩算法的发展过程及研究现状

1．3无线传感器网络的发展过程及研究现状

1．4本文研究的主要内容及结构安排

1．4．1本文研究的主要内容

1．4．2本文的结构安排

2系统总体设计方案

2．1主要技术指标

2．2无线通信技术及其器件选择

2．3核心处理器件选择

2．4数据压缩算法选择

2．5本章小结

3无线传感器网络硬件设计

3．1终端节点设计

3．1．1 FPGA配置电路

3．1．2电源模块设计

3．1．3 A／D转换电路设计

3．1．4 FLASH存储模块设计

3．1．5终端节点数据发送模块设计

3．2路由器节点设计

3．3协调器节点设计

3．4 PCB版图绘制

3．5本章小结

4系统程序设计与功能实现

4．1数据采集模块设计

4．2 LZW数据压缩模块设计

4．3数据存储控制模块设计

4．4数据发送模块设计

4．5无线网络功能实现

4．5．1 ZigBee协议栈研究与分析

4．5．2无线网络组网实现

4．5．3无线通信程序设计

4．6上位机软件设计

4．7本章小结

5测试验证

5．1测试平台搭建

5．2综合测试分析

5．3节点通信距离测试

5．4信号压缩比测试

5．5本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢