论文研究-基于Zigbee的无线mesh网络实验平台设计 .pdf

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基于Zigbee的无线mesh网络实验平台设计,刘俊平,徐平平,本文介绍了基于Zigbee标准的无线mesh网络实验平台设计,包括硬件设计和软件设计.硬件部分采用MSP430F149单片机和CC2420射频芯片,软件部分��
山国科技义在线 太 三+m OTALTN 图 接口原理图 普通节点设计 普通节点负责响应网关的请求,采集数据以及发送给网关。普通节点上设计有控制模块 射频模块、传感器模块和接∏模块。其中,控制模垬和射频模块(可拆卸)分别采用 和 接凵模块用串凵实现,设计为可拆卸的形式,只于调试时使用; 传感器模块设计为可配置式,可根据不同应用情况选用不同的传感器。米完成特定的要求。 最后设计有电源模块为整个电路板供电。 节点硬件系统框图如图所示,其中虚线框苌示可拆卸或可配置 传感器模坎 PC接口模块 RF模块 MAX3,, MSP4306140 沉 图节点件系统框图 D RS232 CN 0 1u C1+Cc GND C1-T1OUT C2- E1N C:kIO)LI L卫x.rs TaoU2卫丁 ROR2OUII 021u MA3252 DEg 图串口通信模块原理图 山国科技义在线 模块的主要功能是完成无线通信功能,接收网关送来的命令帧以及发送传感器采集 的数据给网关。模块设计成可拆卸式 模块接口部分的原理图如图所示。 Dvcc Vret+ 通N了 卫45 TTC工E 飞etFe台 Pd EE古国玉区EE Is卫43cI149 cc242 图 接口模块原珥图 数据采集模块设计成可拆卸式。在节点板上留有扩展口,可以根据需要使用不同的传感 器模块。在本实验平台中,使用 温湿度传感器。 数据采集模块原理图如图所小 10K DATA 1234 CONA CON16 图数据采集模块原埋图 软件设计 软件基本结构 我们将软件结构分为三层:物理层、层、网络层(应用层)系统框图如图所 示。物理层主要实现对具体器件的操作,对单片机和射频芯片进行初始化控制射频芯片的 数据收发和处理器与外部设备的接口操作 层通过直接调用物理层的函数实现信道扫 描,设备关联等标准规定的功能,同时为网终层提供相应的服务。网终层和层间通过 原语为各自提供服务。网终层和间维护四个队列层管理实体和层公共服 务子层各拥有两个方向相反的队列一个方向为网终层到 层另一个为 层到网终 层分别用于存放网终层到层的消息和层到网络层的消息。层管理实体主 要为网终层提供以下服务设备关联解关联信标管珄信息库管理孤立设备管理信道扫描 山国科技义在线 设备同步。 层公共服务了层主要为网络层提供数据相关服务包括数据发送收到数据 通知等。网络层要层提供服务时首先产生一个请求原语(消息),然后向内存池中申 请一个合适的空间申请成功后将消息内容写入该存储空间并将消息加入网络层和 相应的队列中等候处理, 层和网络层定期查询队列,有消息到来时,将消息取出并执 行相应的处理 BuR:Ay bef k oup k buis i bcn k puts k bn? Iff MACT buf R 微处型器 芒 图软件结构框图 代码实现 网关节点将承担起网络建立和网络维护的工作。每个普通节点加入网络后都将冋网关节 点发送传感器采集的数据,为避免冲突,采用 机制接入信道。网关节点收到数 据后通过串口将其送往相连的计算机。普通节点的工作流程和网关节点基木相同差别在扫 描过程另外普通节点还负责采集数据并发送给网关节点或其它节点 软件采用 开发该开发环境具有良好的界面和调试功 能支持模拟和板上调试功能最终程序通过接口下载到单片机上整个开发过程非常方 便。下面给出 算法和路由算法的核心代码 为退避次数为退避指数 按照标准规定的参数初始化退避次数和退避指数 执行 随机退避一段时间 得到当前时间 时间到开接收机 执行 山国科技义在线 有效 信道空附返回 可以马上发送数据 信道忙再次执行上述过程 退邂规定的最大次数后信道仍然忙竞争信道失败 路算法 减 发送给自己的 咴 刈关节点 通过接冂传送给 普通节点 通过串凵传送给 不是发送给自己的帧 在邻居衣里搜寻深度最大 的目的节点的上级节点 目的节点地址 邻 居表里邻居节点的地址 该邻居的地址范围是否包含目的节点的地址且其深度是否最大 找到这样的邻居节点则把数据转发给它 国科技论又在线 没有找到这样的邻尾节点且不等于把数据转发 给自己的父节点 否则丢弃该帧 结论 通过对整个实验平台的测试表明系统基本符合标准的规定实现了网络数 据可以通过多跳传送到网关节点。多个普通节点加入到网络后组成全 网络利用 接入信道向网关节点发送数据,实现了树型跻由算法系统运行比较稳定为以后 的改进打下了基础。另外由于采用了分层结构灾验平台的软件部分扩展性好可以通过采用 不同的网络层和层算法来提高网终性能。 参考文献 秦龙编著《 单片机应用系统开发典型实例》中国电力出版社。 魏小龙编著,《 系列单片机接口技术及系统设计实例》北京航空航天大学出版社 作者简介: 刘俊平(),男,江死赣州人,东南大学无线电系硕十研究生,主要研究方向为无线传 感器网络,无线网络; 徐平平(),女,江苏南通人,东南大学无线电系教授,主要研究方向为无线传感器网 技术, 网终,移动自组织网络。

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