异构无线传感器网络传输系统研究

摘要

随着无线传感器网络技术的深入研究，针对该网络中存在的能耗高、传输速率慢、成本高、网络资源利用不充分等问题，本文对传感器网络传输系统进行优化设计，利用异构网络融合的思想，发挥WiFi和ZigBee协议的各自优势，取长补短，提出了一种基于异构网络融合、嵌入式技术的无线传感器传输系统的设计方案。仿真结果表明，该方案的实施可为用户提供更优质的服务。
　　论文首先在基于ZigBee技术和WiFi技术的基础上，设计了一种异构无线传感器网络传输系统架构，该架构采用分簇式网络层次结构设计思想，具有减少数据传送延迟、增强网络的可扩展性，以及有效进行网内数据融合等优点。
　　然后搭建NS-2和MATLAB仿真平台，对系统的网络性能和抗干扰性能进行了仿真验证。对网络性能的分析，将基于ZigBee技术的传感器网络和本文提出的异构无线传感器网络进行仿真对比分析，结果表明异构无线传感器网络在路由发现、吞吐量、延迟、丢包率和链路损耗等性能上更优越。为了提高网络的抗干扰性能，本文提出两种抗干扰机制:Mu-Zi和WISE。通过Mu-Zi多信道通信方式和单信道通信方式的对比实验，验证了Mu-Zi机制能大幅度提高ZigBee链路通信能力;相比于Mu-Zi，WISE的优越性在于WiFi和ZigBee可工作在同一信道上，这样可充分利用2.4GHz频段，显著提高频段使用率以及ZigBee链路的吞吐量。实验结果表明，在网络负载量很大的情况下，采用WISE机制对于ZigBee和WiFi共存是非常有用的。
　　最后针对异构无线传感器网络结构，搭建了系统硬件平台和软件平台。硬件部分选用微处理器S3C2440芯片作为平台的控制模块，并详细介绍了各个功能模块的选择与特性，进而给出了主要接口电路的设计，包括微处理器接口、串口、无线通信模块接口、USB、电源电路等;软件部分介绍了系统软件的整体设计以及操作系统的移植，包括BootLoader移植、Linux内核移植和文件系统的制作，并具体介绍了主要模块的软件驱动开发以及如何通过软件实现协议转换和数据转发等内容。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作及组织结构

2 异构无线传感器网络传输系统架构简介

2．1 传输系统无线技术选择

2．2 异构无线传感器网络传输系统架构

2．3 本章小结

3 异构无线传感器网络性能研究与分析

3．1 网络性能研究与分析

3．1．1 仿真工具简介

3．1．2 路由发现

3．1．3 数据转发和融合

3．1．4 同步时延

3．1．5 吞吐量

3．1．6 丢包率和链路损耗

3．1．7 延迟

3．1．8 网络寿命

3．2 抗干扰性能研究与分析

3．2．1 基于多信道的WiFi干扰避免方法

3．2．2 HMM驱动智能空白区间感知帧控制方法

3．3 本章小结

4 异构无线传感器网络传输系统的设计与实现

4．1 系统硬件的设计与实现

4．1．1 主控制器的选择

4．1．2 存储器模块的选择与电路设计

4．1．3 电源模块电路设计

4．1．4 时钟电路设计

4．1．5 串口电路的选择与设计

4．1．6 ZigBee模块的选择与电路设计

4．1．7 WiFi模块的选择与电路设计

4．1．8 JTAG调试模块电路设计

4．2 系统软件的设计与实现

4．2．1 系统软件平台的移植

4．2．2 主要模块的驱动软件设计

4．3 本章小结

5 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果