基于ARM的嵌入式无线传感器网络ZigBee协议栈设计与开发

摘要

无线传感器网络具有低功耗、低成本、自组织、高容错等优秀特点,特别适合在现代信息化的战场环境下完成战区监视、目标定位、武器控制、身份识别、单兵通信等多种军事任务。
　　本文设计开发了一种基于 ARM的嵌入式无线传感器网络 ZigBee协议栈。这种协议栈可应用于计算、存储等资源受限的嵌入式系统,在不同应用条件下适应多种物理层技术。由这种协议栈构造出的无线传感器网络具有自组织自修复能力和良好的传输可靠性,可配置为具备通信、侦查、指挥、火控等功能的军事综合网络。
　　本文首先介绍了无线传感器网络和嵌入式技术的研究现状和应用情况,分析了ZigBee协议的标准文档 IEEE Std802.15.4-2006标准和ZigBee2007规范,阐明了ZigBee协议的体系结构以及分层模型中各层需要实现的功能。接着介绍了以嵌入式Linux操作系统、mini6410嵌入式开发板和CC2530无线网卡为软硬件平台进行协议栈开发的嵌入式系统结构。然后针对已实现的协议栈,阐述了协议栈层级分布结构、接口结构、数据处理流程和事件处理过程等具体设计和实现方式。实现的协议栈可完成ZigBee协议的基本功能,并具有可应用于资源受限的嵌入式、与底层硬件无关的特点。最后构造了具有3个节点的簇树形网络对实现的协议栈进行了网络测试,跟踪了协调器创建网络和非协调器发现加入网络的过程,分析了分布式地址分配和路由算法的执行流程,统计了程序占用空间和端到端数据传输时延情况等数值。测试结果表明,设计开发出的协议栈实现结果基本符合课题的设计目标。

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第一章 绪论

§1.1 研究意义

§1.2 研究背景与目标

§1.3 论文内容结构

第二章 协议栈设计基础

§2.1 ZigBee协议

§2.2 嵌入式系统

§2.3 本章小节

第三章 协议栈功能实现

§3.1 协议栈总体设计

§3.2 CC2530无线网卡控制程序

§3.3 协议栈系统可执行程序总体设计

§3.4 MAC层实现

§3.5 NWK层实现

§3.6 APS层实现

§3.7 AF层实现

§3.8 本章小结

第四章 协议栈测试与分析

§4.1 测试工具与参数

§4.2 网络建立过程

§4.3 网络通信过程

§4.4 程序占用空间与端到端传输时延

§4.5 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 总结

§5.2 展望

附录

参考文献

致谢

作者在读期间主要科研成果