构建支持用户移动性的无线传感器网络

摘要

无线传感器网络作为联系物理世界与信息世界的桥梁，极大的扩展了现有网络的功能和人类认识世界的能力，在战场监视、环境监测、智能家居等领域有着广阔的应用前景。如果无线传感器网络能够支持移动性，其应用范围将更加广阔并可使网络性能显著提高。但对于计算能力、存储容量、可用电量受限的无线传感器网络来说，设计一个高效的移动性解决方案是一个很大的挑战。
　　 本文在分析无线传感器网络MAC层及网络层协议的基础上，提出了能支持移动性且有良好扩展性的双层异构网络结构，设计了符合无线传感器网络特点的实时操作系统及通信协议栈，并对无线传感器网络中的关键支撑技术做了详细的阐述。为使无线传感器网络能提供一定的服务保障机制并支持移动性，提出了根据用户运动状态及业务类型划分优先级的区分服务方案，并通过移动用户运动状态预测算法及资源预留机制为移动用户提供快速切换解决方案。在硬件平台上实现了有实时性响应的通信协议栈及有服务保障的快速切换算法，并验证了本文提出的移动性解决方案能为用户提供低切换时延，低丢包率及有服务保障的快速切换服务。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2传感器网络研究现状

1.3本文研究对象

1.3.1本文所采用的无线传感器网络体系结构

1.3.2本文的研究重点

1.4本文的组织结构

第二章无线传感器网络通信标准

2.1 IEEE 802.15.4标准

2.1.1 IEEE 802.15.4标准概述

2.1.2信道接入

2.1.3 PAN的建立和运行机制

2.1.4关联和解关联

2.1.5 PAN的同步机制

2.1.6帧的传输与接收

2.1.7 GTS的分配和管理

2.1.8 MAC帧的安全处理

2.2 ZigBee标准

2.2.1树形路由的地址分配

2.2.2树形路由的路由机制

2.3本章小结

第三章网络结构及实时性系统的设计

3.1双层异构网络结构

3.1.1异构分簇网络

3.1.2双层异构网络的路由机制

3.2实时性操作系统μ C/OS-Ⅱ概述

3.2.1μ C/OS-Ⅱ简介

3.2.2 μ C/OS-Ⅱ的特点

3.2.3 μ C/OS-Ⅱ与TinyOS的比较

3.3 μ C/OS-Ⅱ的移植

3.3.1 ATmega128的内核特点

3.3.2 μ C/OS-Ⅱ的移植

3.4实时性通信协议栈设计

3.4.1适配器结构体设计

3.4.2有限状态机设计

3.4.3定时器管理任务

3.4.4底半部处理机制的设计

3.4.5接收帧的多路分解

3.5应用层相关技术

3.5.1 DMTS时间同步协议

3.5.2节点定位技术

3.5.3用户接口

3.6本章小结

第四章移动性问题解决方案

4.1移动性无线传感器网络

4.2动态轮询接入法

4.3移动用户的QoS保障策略

4.4移动用户快速切换算法

4.5算法仿真结果

4.5.1硬件平台

4.5.2仿真参数及结果

4.5.3仿真结果分析

4.6本章小结

结论

致谢

参考文献

研究成果