基于SAS地址分配机制的ZigBee路由研究及应用

摘要

无线传感器网络(WSN)是一种新型的集数据采集、处理,数据传输和通信等为一体的无线技术,主要应用在环境的监控和保护、医疗护理、军事及危险工业环境的控制等领域。ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络技术,具有低成本、低功耗、低数据传输速率、短距离的特点,在数字家电、智能建筑、工业自动化、水电气的综合抄表系统、环境监测、现代农业等领域有着广阔的应用前景。
　　 ZigBee采用了IEEE802.15.4标准的物理层和MAC层,沿用了针对ad hoc网络的自组织及路由机制。随着WSN应用范围的扩大,Ad Hoc路由协议已不再是理想的WSN路由协议了。因此要设计一个好的WSN路由协议,必须充分考虑网络节点受限的实际情况及应用特征。同时,网络的地址结构在路由技术中起着关键的作用。本文使用SAS地址分配机制,将地址空间视为N维的超立方体,系统地为新加入网络的节点分配地址。由于SAS机制预先定义好的网格地址模式及节点失效情况的消失,基于SAS的路由过程就仅仅是向目标节点转发消息的过程。
　　 本文重点研究了基于SAS的HR(Hybrid Routing)路由协议,通过将SAS引入ZigBee协议栈的地址分配,提出了基于SAS的ZigBee协议栈改进方案。该方案不仅可以有效地节约地址资源,降低节点失效率,而且增强了网络通信的鲁棒性。在此基础上将改进的ZigBee协议栈移植到32位嵌入式Linux系统中,成功搭建基于CC2520的无线课堂实验应用平台。实验结果表明新网络的丢包率将减少5％-10％,网络分割情形明显减少。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状和发展

1.3 研究目的和意义

1.4 论文组织结构

第二章 ZIGBEE网络与ZIGBEE协议栈

2.1 ZIGBEE网络

2.1.1 ZigBee网络概述

2.1.2 ZigBee网络的应用

2.1.3 ZigBee网络的主要特点

2.1.4 几种常见的无线短距离通信的比较

2.2 ZIGBEE拓扑结构

2.2.1 星型拓扑结构

2.2.2 树簇拓扑结构

2.2.3 网格拓扑结构

2.3 ZIGBEE协议栈

2.4 ZIGBEE协议栈各层功能概述

2.4.1 物理层功能

2.4.2 媒体接入子层功能概述

2.4.3 网络层功能概述

2.4.4 应用层功能概述

2.5 本章小结

第三章 ZIGBEE网络的路由协议分析

3.1 路由协议概述

3.2 ZIGBEE网络常用路由算法

3.2.1 Cluster-Tree算法

3.2.2 AODV算法

3.2.3 AODVjr算法

3.2.4 Cluster-Tree结合AODVir算法

3.3 ZIGBEE路由协议分析

3.3.1 路由代价

3.3.2 路由表

3.3.3 路由维护

3.4 本章小结

第四章 基于地址分配机制的ZIGBEE路由研究

4.1 地址分配机制

4.1.1 常见地址分配机制

4.1.2 结构化的地址分配机制(SAS)

4.2 基于SAS的HR(HYBRID ROUTING)路由研究

4.3 SAS机制在ZIGBEE协议栈网络层的应用

4.4 本章小结

第五章 Z-SAS在无线课堂教学平台的应用

5.1 总体设计

5.2 平台搭建

5.2.1 硬件环境

5.2.2 软件环境

5.3 ZIGBEE协议栈移植

5.3.1 MpZBeeV1.0-3.8简介

5.3.2 MpZBeeV1.0-3.0移植可行性分析

5.3.3 MpZBeeV1.0-3.8移植策略

5.3.4 MpZBee1l.0-3.8协议栈移植

5.3.5 基于Z-SAS的无线课堂平台

5.4 试结果和分析

5.4.1 测试指标

5.4.2 丢包率分析

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 本文工作总结

6.2 进一步研究工作

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果