基于跨层协作的认知网络与以太网互联的网关研究

摘要

随着物联网的发展，嵌入式设备朝着低功耗、小型化、智能化以及无线连接等方向发展，即无线智能终端。为了实现对智能终端的远程管理，实时获得其采集的有效信息，达到人与物之间的互联，人们发明了互联网关。因此，为了进一步实现万物互联的目标，本文对互联网关进行研究。本文的主要研究工作如下：　　1.本文提出了一种能够实现L2认知网络与以太网互联的网络架构，以实现数据转发、协议转换以及对远程传感器节点进行管理与控制等功能。另外，在L2认知网络中，本文提出了一种新的编址方法来表征无线节点，能够基于IP地址和组网地址实现快速寻址；然后在网关中设置了一种地址映射方案，并对该方案的具体实现过程进行了详细的说明。　　2.结合实际的应用需求，本文提出了L2认知网络与以太网互联网关的硬件系统总体架构。在该架构中，L2无线通信模块的作用是建立L2认知网络，并且负责接收来自L2认知网络中传感器节点采集到的数据，然后通过串口发送至DSC数字信号控制器。另外阐述了L2互联网关的设计电路，并且对其主要硬件模块中的每个模块所选用的元器件进行了详细的说明。　　3.硬件和软件是相互依存的，因此，为了发挥L2互联网关硬件的功能，本文对其软件部分的设计进行了介绍。主要包括嵌入式TCP/IP协议栈，L2无线通信协议的设计以及地址映射协议；此外，还对L2认知网络中传感器节点的数据传输协议进行了简要的说明。　　4.为了验证本文所提出网关是可行且可靠的，本文搭建了具有广泛应用场景的“智慧园区微环境数据采集”的验证平台。对实验环境进行了简单的介绍，对网关系统的可靠性和数据采集与处理能力进行了测试，并且对测试结果进行了分析。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第2章 网关系统原理介绍

2.1 认知网络原理

2.1.1 认知网络概述

2.1.2 认知网络架构

2.1.3 认知无线多跳网络特点及关键技术

2.2 以太网协议

2.3 本章小结

第3章 网关系统总体设计

3.1 网关系统介绍

3.1.1 应用场景

3.1.2 互联架构

3.2 功能要求

3.3 协议互联架构

3.4 L2组网地址配置

3.5 地址映射及更新机制

3.6 本章小结

第4章 网关系统硬件及软件设计

4.1 系统硬件设计

4.1.1 硬件设计方案

4.1.2 数字信号控制器

4.1.3 以太网控制器

4.1.4 L2无线通信模块

4.1.5 电源模块

4.2 系统软件设计

4.2.1 开发环境及刷机过程

4.2.2 软件总体设计

4.2.3 传感器节点数据传输协议

4.2.4 网关系统的TCP/IP协议栈

4.2.5 网关系统的无线通信协议

4.2.6 地址映射机制协议设计

4.3 本章小结

第5章 网关系统测试

5.1 实验环境介绍

5.2 通信能力测试

5.3 信号强度测试

5.4 系统QoS分析

5.5 数据采集能力测试

5.6 本章小结

第6章 结论

6.1 全文总结

6.2 系统改进及工作展望

参考文献

附录Ⅰ

致谢

攻读学位期间的研究成果