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无线传感器网络是由大量微型无线传感器节点组成的自组织分布式网络智能系统,集成了传感器、微机电系统、现代网络及无线通信、分布式信息处理技术等,在军事、空间探索、医疗等领域中有着广泛的应用前景。ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术,其特点表明了它很适合用于无线传感器网络。本文在研究了ZigBee技术的基础上设计了一套基于ZigBee协议的无线传感器网络的开发系统。论文的主要工作包括:
首先介绍了无线传感器网络的体系结构及特点,比较了ZigBee技术与其它短距离无线技术各自的特点,并且指出了ZigBee技术的应用领域及研究现状。
其次研究了适用于无线传感器网络的IEEE 802.15.4/ZigBee的协议架构,主要包括IEEE 802.15.4PHY层和MAC层结构、功能及主要特点:以及ZigBee网络层、应用层的基本结构、网络实体及其功能。在研究IEEE 802.15.4 MAC协议的通信原语以及基于通信原语的组网算法的基础上,分析了IEEE802.15.4 MAC协议和ZigBee网络层协议,可以完成建立新网络、加入网络、离开网络等网络维护功能以及数据的发送接收、路由选择和广播通信等功能。
接着介绍了一种基于ZigBee协议的无线传感器网络开发系统的硬件设计。给出了无线传感器网络节点的设计方案,主要包括射频SoC芯片CC2430的介绍、PCB板的设计及单极天线的设计等内容。还给出了用于无线传感器网络实验开发所要用的评估板、开发板以及仿真器的硬件设计,主要包括USB控制器模块、电源管理模块、UART模块、控制输入模块、显示输出模块、语音扩展模块、传感器模块、外部存储器模块和扩展IO接口模块等的设计。
随后介绍了基于ZigBee协议的无线传感器网络开发系统的软件设计及实现技术。介绍了ZigBee软件编程集成开发平台,在ZigBee协议栈Z-Stack的基础上进行了相关的软件设计,包括操作系统的完善、硬件驱动的设计、网络配置、实例程序解析和无线温度传感器网络创建等软件设计与实现。
最后介绍了一些开发工具和系统测试。