Zigbee无线组网技术的研究

中南大学硕士学位论文Zigbee无线组网技术的研究姓名：周武斌申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：罗大庸20090501Zigbee无线组网技术的研究作者：周武斌学位授予单位：中南大学相似文献(8条)1.学位论文马超无线多媒体传感器网络节点关键技术研究2008作为传统无线传感器网络(WSNs)的一种特殊应用，无线多媒体传感器网络(WMSNs)深刻地改变了人与物理世界的交互方式，使人类的视野扩展到任意的物理空间，在国家安全、环境、医疗、家庭、空间探索等领域具有非常广阔的应用前景和很高的应用价值，正受到军事、工业和学术界的广泛关注和高度重视。论文围绕无线多媒体传感器网络节点中的关键技术开展研究，主要完成了以下几个方面的工作：1、全面综述了多媒体传感器网络节点的国内外发展现状，介绍了其特点、存在的不足，研究了其未来的发展方向。2、设计了一种基于DSP的多媒体传感器网络节点。该节点硬件选用CPLD+DSP的结构，具有数据处理能力强、并行性能好、易于扩展的优点：采用了乒乓缓存数据接口设计，保证了数据传输的实时性；选取了支持Zigbee技术的无线通信模块nRF24E1，实现了节点间数据的无线通信。3、提出了基于JPEG2000中EBC编码的多节点协同分布式图像压缩算法，该算法利用JPEG2000算法流程中EBC编码分块的特点，将图像的不同编码块的编码并行地在不同节点上实现。仿真结果表明，该方法能在计算、存储资源非常有限的节点上有效地实现图像编码和传输，和“集中”处理方式相比，可成倍地提高网络生命周期。4、探讨了基于Zigbee的多媒体传感器网络节点的无线网络拓扑结构。概述了Zigbee无线传输协议和其在监控领域的优势；具体对比了Zigbee技术和其它三种无线技术的优缺点，提出了一种基于Zigbee技术的无线多媒体传感器网络的组网方案。所设计的多媒体传感器网络节点已用于组建无线多媒体传感器网络，并进行进一步的研究。2.学位论文何臻祥嵌入式家庭网关的研究与设计2008家庭内部网络接入Internet是网络发展的必然趋势，家庭网关是家庭内部网络与外部网络的连接枢纽，也是整个系统的核心设备。本论文提出了一种基于ARM+Linux的嵌入式家庭网关系统的实现方案。在此基础上提出了基于Zigbee技术的家庭网络无线组网方案。以32位的ARM微处理器为网关中央控制器构建家庭网关硬件平台，以嵌入式Linux为系统软件平台，在网关上建立嵌入式Web服务器，实现用户的远程Web访问。硬件设计方面，给出了系统主要硬件模块的设计：NandFlash模块、SDRAM模块、以太网接口模块、串口模块和基于Zigbee的无线传输模块。软件设计方面，首先实现BootLoader和Linux2．6内核的修改与移植，建立根文件系统。然后着重研究了嵌入式WebServer的设计并编写CGI程序实现动态网页生成，引入嵌入式数据库SQLite实现家电信息的存储管理，最后设计了家庭网络通信协议以及无线接收/发送流程。最后进行了系统的测试与分析，达到了预期的效果，证明该系统方案确实可行。3.学位论文戴敏基于Zigbee技术的嵌入式家庭网络的研究与设计2008基于家庭网络的智能家居系统以其方便、高效、舒适、智能等特点将成为未来居住模式的发展趋势并逐渐成为一个新兴的研究领域。本文讨论了家庭网络组网方案，通过对以太网、电力线、电话线等有线组网技术以及红外、蓝牙、Wi—Fi、Z—Wave等无线组网技术特点的分析，指出它们应用于家庭网络中的种种缺陷，提出采用近距离、低复杂度、低功耗、低成本的Zigbee无线通信技术组建家庭网络。研究了Zigbee技术的特点和基本原理，分析了物理层、MAC层、网络层和应用层协议以及各层的功能和作用。在分析了Zigbee网络拓扑结构之后，提出一种基于Zigbee技术的星形网络智能家居系统设计方案。本文采用PIC18LF4620单片机和符合IEEE802．15．4标准的低功耗无线收发芯片CC2420分别设计了节点处理器模块和无线射频模块，完成了主节点和终端节点硬件设计。通过对家庭网络通信协议的设计，使主节点和家庭网关，主节点和终端节点能够互相识别对方的信息。根据主节点和终端节点不同的功能特点，分别设计了主节点和终端节点的软件流程，完成了Zigbee网络的组建和收发功能的实现。最后对星形网络通信和整个系统功能进行了测试，通过测试表明该系统能够较好的进行家庭网络无线控制。4.学位论文朱洲基于ZigBee技术的无线自动抄表系统2005ZigBee是一个最近新出现的无线通信技术，在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。ZigBee的物理层和数据链路层由IEEE802.15.4工作组制定，高层（网络层、数据安全性及互边互通应用）由ZigBee联盟负责。蓝牙、WLAN技术，由于协议复杂、成本高、耗电等，在上述应用领域中的推广应用遇到较大的困难。ZigBee技术在户用计量仪表组网，建立无线自动抄表系统，具有很好的市场前景，但是还有很多具有挑战性的问题需要解决。其中包括电源问题、各层协议的节能机制、自组织自适应网络组网等问题。本文将在亲身参加户用计量仪表开发研究的基础上，参考国外许多专家学者提出的一些协议，对该问题进行进一步的研究。本文通过比较传统人工抄表、IC卡预付费表、有线抄表系统及无线抄表系统的优缺点，认为无线抄表系统以其技术先进、易于实现、传输速率高、可靠性高、成本造价低、易于普及等特点，将成为未来发展的趋势。作者对无线局域网(WLAN)、GSM/GPRS、蓝牙技术、WirelessUSBLR技术等无线通信技术作了分析，得出了ZigBee技术具有协议简单、成本低、功耗小、组网容易等优点，最适合应用于无线自动抄表系统的结论。作者还研究了ZigBee技术的基本原理，深入分析了物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层等各层协议。给出了无线自动抄表系统的结构框图、各部分在系统中的功能以及户用计量仪表的原理框图、基本电路图、主要硬件选型,研究了各种自动抄表系统的组网技术，提出一种实用的组网方案。由于无线自动抄表系统中的仪表要依靠自身携带的电池供电，寿命需达数年且更换不方便，因此选用合适的内置电池显得至关重要。锂-亚硫酰氯电池以其极低的自放电、较大的容量、出色的高低温性能，完全能够满足户用计量仪表长期使用的要求。本文研究了锂电池有关技术及选型注意项，对长期困扰设计者的锂亚硫酰氯电池的“电压滞后”问题作了深入研究，通过大量试验比较了几种解决方案的优劣。得出了周期性小电流冲击方法能改善“电压滞后”问题的结论，并给出了两组可行的参数：每10天以约100mA的电流冲击10s或每3s以6mA的电流冲击5ms两种方式。降低能量消耗、延长仪表电池存活时间涉及到ZigBee的各层协议，本文分析研究了物理层、媒体访问控制层、网络层的有效的节能问题。论文对现有各种节能技术在本系统中应用的可能性深入研究后发现：物理层可以根据网络节点位置、判断RSSI值调节发射功率大小。在MAC层采用支持节点在不同的状态之间切换来提高能量利用率。无线自动抄表系统中网络层的节能机制必须既考虑路径中总的能量消耗，又必须考虑到单一节点的剩余能量，防止某些节点过度使用而成为系统的瓶颈点。最后，总结了全文，并提出了未来的工作方向。5.学位论文余峰基于ZigBee的铁路集装箱站信息系统组网和路由协议研究2009集装箱运输作为一种快速、安全、低成本的运输方式，在全球货运中起着十分重要的作用。但是随着集装箱运输的不断发展，集装箱信息采集的自动化、实时化却相对滞后，信息采集的效率较低，严重影响了集装箱运输业的进一步发展。而ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术，可以嵌入各种设备中。利用ZigBee技术构建集装箱站点通信网络，实现集装箱信息的自动采集，将提高集装箱站点的工作效率，为集装箱运输实现智能化、现代化管理奠定基础。本论文针对集装箱跟踪、管理中存在的效率低、人力成本高、出错率高、实时性差等问题，给出了基于ZigBee技术的组建网络的总体设计方案，重点研究了网络层路由算法的改进策略。本文首先介绍了无线传感器网络的特点及应用，然后介绍了基于IEEE802.15.4的ZigBee技术标准、ZigBee协议栈，重点分析了ZigBee协议网络层规范。接下来，在分析和研究了ZigBee网络拓扑和现有的无线传感器网络路由协议、算法的基础上，提出了基于ZigBee技术的铁路集装箱站信息系统的总体组网方案，实现了ZigBee网状网络组网；并从均衡消耗整个网络能量的角度，提出了对原有Cluster-Tree与AODV相结合的路由算法的改进方案。改进的路由算法利用门限值、基于权重的路由选择和分群的思想，较好的解决了网络节点过早死亡和网络分割的问题，达到了延长整个网络生存期的目的。最后，利用NS2仿真软件，模拟集装箱站场的网络拓扑环境，对原有路由协议和改进的路由协议进行仿真实验和性能对比。实验结果表明：本文提出的组网方案和对路由算法的改进，在摔制网络流量分布，平衡网络负载方面取得了一定的成效，延长了整个网络的生存期，论证了本方案在集装箱站信息系统中的可行性。6.学位论文宁炳武Zigbee网络组网研究与实现2007Zigbee网络是基于Zigbee技术而构建的一种短距离低速无线个域网络(Low-ratewirelesspersonalareanetwork,LR-WPAN)，这种低速率无线个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞吐量。LR-WPAdN主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、非常低的成本以及功耗，并拥有一个简单而灵活的通信网络协议。它可以作为工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制等低速网络的基础框架网络。网络协议底层采用的是IEEE802.15.4标准。本文中，提出了一种基于Zigbee技术的无线通信网络架构，即Zigbee网络。设计了网络系统的总体结构包括系统节点硬件平台、节点应用软件平台。采用最新的片上型系统CC2430芯片作为节点硬件设计的核心。为扩充绑定表实现绑定表无限量存储以及实时观察网络和节点信息，设计了协调器节点与PC机硬件通信接口和协调器节点上位机软件平台。该网络系统采用MSSTAIqELRWPAN协议栈作为网络通信协议，该协议栈源码完全公开，易移植、易维护、易扩展、代码空间小(约为32K)。从硬件测试结果来看，节点硬件具有很高的接收灵敏度，较为理想的通信距离；从网络测试结果来看，在该协议基础上网络构建速度快，网络通信时延低，网络数据传输效率高，网络自组织自修复能力强以及具有良好的网络延展性。本论文主要研究内容有：结合最新的Zigbee通信规范深入研究了MSSTATELRWPAN协议栈实现机制，提出了Zigbee网络组网方案，实现了Zigbee树型网络组网；采用最新的Zigbee标准芯片CC2430作为网络节点的核心器件，设计和实现了低成本的无线通信模块；实现了PC机与协调器节点的接口设计及接口通信协议设计；设计并实现了远程无线监测与数据传输网络软件平台即协调器节点上位机软件，在该平台上实现了网络及节点信息汇聚、节点动态绑定、节点数据收发。7.期刊论文李群伟.林少锋.LIQun-wei.LINShao-feng基于zigbee的无线盲区覆盖组网方案-西安文理学院学报(自然科学版)2008,11(3)Zigbee是一种新兴的无线自组网通信技术,其目的是发展一种易搭建、易维护、低成本和免申请频段的无线网络.本文对Zigbee技术进行了简要介绍,分析了网络特性,针对偏远地区工业远程数据采集和无线网络盲区覆盖问题,提出一种将Zigbee技术与现有移动通信网络相结合的解决方案.8.学位论文成峰波无线通信技术在城市电网监控系统中的应用分析与设计2008电力能源作为重要的能源之一，社会对电力工业保证电力能源供应质量有着极高的要求。建设完备的电网监控系统其核心目的就是为了使电力部门及时监视电网的运行状况，通过分析计算，不断优化调整电