基于fpga無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)研究及設(shè)計

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1、獨創(chuàng)性聲明JMIIIIIJ11]llllllJ]llJ]lllJJllJ]J1]I]IY2398842本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重慶由E電態(tài)堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：卻焉奄簽字日期：如傷年s月萬日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解重慶壑魚太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有

2、權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)重迭郵魚太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文作者簽名：桿尊督簽字日期：朋鄉(xiāng)年￡月哆日導(dǎo)師躲是瞻華簽字日期：弦一年呈序)9重慶郵電大學(xué)摘要無線傳感器作為一種新的無線數(shù)據(jù)采集方式，對人類原有的、傳統(tǒng)的感知外界環(huán)境得方式產(chǎn)生了深刻的影響。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測和城市管理等領(lǐng)域扮演著十分重要的角色，具有廣闊的應(yīng)用前景。為了充分發(fā)揮無線傳

3、感器網(wǎng)絡(luò)的潛能，必須要與已有的各式各樣的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信，使之不成為孤立的網(wǎng)絡(luò)，這就需要傳輸網(wǎng)關(guān)的支撐。網(wǎng)關(guān)是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的樞紐，是實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其它異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間通信的橋梁，同時也負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)。首先介紹了本文的選題背景和研究意義，闡述了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后說明了本文的主要研究內(nèi)容和文章的結(jié)構(gòu)安排。之后對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了闡述，分析了OSI模型中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備的功能，論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要與外部網(wǎng)絡(luò)通信，而通過協(xié)議轉(zhuǎn)換方式使用網(wǎng)關(guān)設(shè)備來實現(xiàn)是簡單而有效的方式。然后簡述了嵌入式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方式并進(jìn)行了對比，確定了基于FPGA的片上

4、系統(tǒng)方案來實現(xiàn)以太網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)計構(gòu)想。對本文的核心技術(shù)即可編程片上系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。其次，設(shè)計與實現(xiàn)了基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，分基本外圍電路模塊、配置模塊、存儲模塊、通信模塊進(jìn)行了闡述，在基本外圍電路模塊，主要分析了電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、串口電路以及顯示電路。在此基礎(chǔ)上，對FPGA芯片進(jìn)行了可編程系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，分析了系統(tǒng)所需的資源，然后設(shè)計了自定義邏輯模塊叫FTLCD控制器。通過添加需要的IP核，并連接到適合的總線上，完成了整個SoPC的硬件設(shè)計。然后在完成的硬件平臺上完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)

5、。首先分析了系統(tǒng)的軟件框架設(shè)計，簡單地介紹了嵌入式Linux系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)關(guān)的硬件，對嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行了定制和裁剪并移植到平臺上，并為本文自定義IP核設(shè)計了顯示驅(qū)動。然后介紹了應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包通常較短，如每收到包都進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，由于傳輸信息中的有效載荷較低，造成帶寬資源的浪費，也會由于網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)次數(shù)較多而增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。針對些，設(shè)計了數(shù)據(jù)聚合算法并且進(jìn)行了仿真驗證。最后對本文設(shè)計的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了實際測試，驗證了設(shè)計的正確。然后對本文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并探討了未來工作。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)，SoPC，嵌入式系統(tǒng)

6、，數(shù)據(jù)聚合重慶郵電大學(xué)AbstmctAbstractAsanewwayofwirelessdataacquisition，wirelesssensorhasalreadyhadaprofoundinfluenceontheoriginalandtraditionalmethodsthatpeoplegetperceptionofexternalenvironment．Atthesametime，wirelesssensornetworkhasplayedaveryimportantroleinmanyareas，suchasmilitarydef

7、ense，urbanenvironmentalmonitoringandmanagement．Besides，ithasabroadapplicationprospect．InordertogivefullplaytothepotentialofWirelessSensorNetwork(WSN)，wehadbettercommunicatewithawidevarietyofheterogeneousnetworksexistedanddon’tmakeitbecomeanisolatednetwork．Tomakethatrealizes，i

8、tneedsthesupportoftransportgateway．Thegatewayisthepivotofthewireless