基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现

摘要

随着通信技术和半导体技术的飞速发展,以及人们对无线接入技术的需求日益增长,无线通信和无线网络均呈现出指数增长的趋势。这有力地推动了无线通信向高速通信的方向发展。然而,工业、农业、车载电子系统、家用网络、医疗传感器和伺服执行机构等却是无线通信还未涉足或刚涉足的领域。这些领域对数据吞吐量的要求很低,功率消耗也比现有标准提供的功率消耗低。此外,为了促使简单方便的、可以随意使用的无线装置大量涌现,需要在未来的个人活动空间内布置大量的无线接入点,因而低廉的价格将起到关键作用。IEEE 802.15.4标准的制定为低功耗、低速率、低成本的无线个域网的发展提供了一个标准的规范。 ZigBee作为IEEE 802.15.4规范的主要技术之一,由于其设计实现复杂度较高,系统成本相对偏高,在许多简单的应用场合并不适用。本文主要研究了基于IEEE 802.15.4标准的无线个域网技术,并在CC2420+MSP430FG4619硬件平台上设计实现了基于802.15.4标准的无线个域网协议栈。该协议栈的物理层和MAC层的实现完全符合IEEE 802.15.4所定义的规范。在网络层和应用层借鉴了zigBee的-些技术特点,并在此基础上进行了大量的简化和部分改进,实现了相对简单且实用的无线个域网系统,使系统成本降低,复杂度降低,更适宜实际应用。

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1无线通信应用前景

1.2近距离无线通信技术

1.2.1 ZigBee技术

1.2.2 UWB技术

1.2.3蓝牙技术

1.3 LR-WPAN技术应用

1.4本文研究内容及意义

1.5本文结构

第2章 IEEE 802.15.4协议分析

2.1协议概述

2.1.1简介

2.1.2设备类型

2.1.3网络拓扑

2.1.4层次结构

2.1.5超帧结构

2.2物理层分析

2.2.1工作频率

2.2.2信道分配

2.2.3发射功率

2.2.4接收灵敏度

2.2.5接收机的能量检测(ED)

2.2.6链路品质信息(LOI)

2.2.7清除信道评估(CCA)

2.2.8物理层服务

2.2.9物理层数据服务

2.2.10物理层管理服务

2.2.11 2.4GHz频带的物理层规范

2.2.12物理层协议数据单元结构

2.3 MAC层分析

2.3.1 MAC层服务

2.3.2 MAC层的数据服务

2.3.3 MAC层的管理服务

2.3.4 MAC层帧介绍

第3章LR-WPAN网络层协议分析

3.1 LR-WPAN网络层议协介绍

3.2网络层服务协议接口

3.3网络层功能描述

3.3.1建立一个新的网络

3.3.2允许设备与网络连接

3.3.3连接网络

3.3.4 孤点加入或重新加入网络

3.3.5断开网络

3.3.6网终层数据发送和接收

3.4路由功能

3.5路由实现过程

3.5.1路由搜索初始化

3.5.2接收路由请求命令帧

3.5.3接收路由应答命令帧

第4章基于802.15.4无线个域网的硬件设计

4.1 RF收发芯片CC2420介绍

4.1.1 CC2420特性概述

4.1.2 CC2420典型应用电路

4.1.3 CC2420数字接口

4.1.4 CC2420数据通信帧格式

4.1.5寄存器配置

4.2微控制器MSP430FG4619介绍

4.3系统实物图

第5章基于802.15.4无线个域网的软件设计

5.1软件整体框架

5.1.1微控制器初始化

5.1.2 CC2420初始化

5.1.3操作系统初始化

5.1.4启动操作系统

5.2路由软件实现

5.2.1路由请求命令帧处理

5.2.2路由应答命令帧处理

5.3 CSMA-CA实现

5.3.1 CSMk-CA机制简介

5.3.2算法及实现

5.4网络同步实现

5.5抗干扰性能改进

5.6低功耗处理

第6章总结与展望

6.1本文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢