ARM系統(tǒng)下WSN節(jié)點(diǎn)的通信設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電子信息工程ARM系統(tǒng)下WSN節(jié)點(diǎn)的通信設(shè)計(jì)文獻(xiàn)[1，2]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，WirelessSensorNetworks)已經(jīng)成為了當(dāng)前國內(nèi)外的重要研究領(lǐng)域之一，研究表明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛應(yīng)用背景，特別是在特殊的應(yīng)用場景(軍事、人員無法到達(dá)的地方)中，由于目標(biāo)區(qū)域特殊的限制，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性得到了很好的體現(xiàn)。盡管如此，這種網(wǎng)絡(luò)還存在諸多的問題，到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)還處于研究探索的階段，因而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究是非常有價(jià)值的。通過文獻(xiàn)[3]可以發(fā)現(xiàn)：其主要從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、傳感節(jié)點(diǎn)和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來展開對(duì)“基于ARM

2、與單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)現(xiàn)”的探究。1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合層次和Clustering體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)本文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，融入了先應(yīng)式和反應(yīng)式操作方式，并根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)—面向應(yīng)用領(lǐng)域，來指導(dǎo)本文體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其具有更好的移植性、獨(dú)立性和可擴(kuò)展性。2、多處理器設(shè)計(jì)針對(duì)本文中Head(韶ink)節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，引入了多處理器的設(shè)計(jì)思想，并通過自行設(shè)計(jì)相關(guān)軟件協(xié)議和硬件機(jī)制很好地實(shí)現(xiàn)了多重功能和并行任務(wù)，使系統(tǒng)具有更高的價(jià)性比。此外，多處理器的引入也有助于數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)緩存的實(shí)現(xiàn)，以及解決無

3、線傳感器網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換/互連問題。3、無線通信協(xié)議在現(xiàn)有協(xié)議(主要指MAC協(xié)議和路由協(xié)議)設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，通過對(duì)各種協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)的權(quán)衡，本文提出“基于競爭的MAC協(xié)議”與“基于TDMA的MAC協(xié)議”相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)“基于A枷與單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”Area內(nèi)的通信協(xié)議，并且體現(xiàn)了以C和路由協(xié)議捆綁設(shè)計(jì)的思想。有效地提高了節(jié)點(diǎn)的節(jié)能率，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化具有一定的適應(yīng)能力。4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用根據(jù)從整體到局部、再到整體的思想，在本文“基于ARM與單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過軟硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括各節(jié)點(diǎn)硬件、長距離通信、通信協(xié)議

4、、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及基于此結(jié)構(gòu)上的操作等，并給出具體組網(wǎng)應(yīng)用的相關(guān)分析。通過這樣，在一定程度上擺脫了以往對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究都建立在仿真或?qū)嶒?yàn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的情況，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更具有應(yīng)用價(jià)值。文獻(xiàn)[5]研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求，以及現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟硬件平臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。1.文中設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)將無線通信部分與數(shù)據(jù)處理部分分開。無線通信部分可采用現(xiàn)有傳感器節(jié)點(diǎn)，兼容性強(qiáng)，通用性高。數(shù)據(jù)處理部分采用功能強(qiáng)大但價(jià)格相對(duì)較低的32位ARM處理器，可靠性高，接口豐富，將節(jié)點(diǎn)的處理和存儲(chǔ)能力提高到一個(gè)新的等級(jí)。文中還設(shè)計(jì)了一種串口

5、通信協(xié)議，用于無線通信部分與數(shù)據(jù)處理部分之間的通信。2.為了屏蔽對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的依賴，選擇了可支持多種硬件體系結(jié)構(gòu)的Llnux操作系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)完整、通用穩(wěn)定的軟件平臺(tái)，文中完成以下工作:實(shí)現(xiàn)了Bootfoader與L~內(nèi)核移植、根文件系統(tǒng)的建立以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。為節(jié)點(diǎn)搭建了通用、強(qiáng)大、可移植性強(qiáng)、便于二次開發(fā)的軟件平臺(tái)。3.實(shí)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)功能強(qiáng)大，可以作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中功能強(qiáng)大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。為了便于二次開發(fā)，文中實(shí)現(xiàn)了Llnux操作系統(tǒng)上的常用用戶程序:數(shù)據(jù)庫，WEB服務(wù)器，F(xiàn)仰服務(wù)器和SSH工具包。為節(jié)點(diǎn)上功能強(qiáng)

6、大的應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。4.在節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的應(yīng)用案例:節(jié)點(diǎn)定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，功能強(qiáng)大且可靠性高，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN:WirelessSensorNetwork）是由隨機(jī)分布的、具有集成傳感器以及數(shù)據(jù)處理和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)、通過自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，借助于傳感器節(jié)點(diǎn)自帶的傳感器可以監(jiān)測和采集周邊信號(hào)。文獻(xiàn)[6]研究并實(shí)現(xiàn)了基于TinyOS操作系統(tǒng)的WSN平臺(tái)。通過軟硬件結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)，該平臺(tái)能夠滿足WSN系統(tǒng)資源嚴(yán)格受限、低功耗、低成本、高可靠性的特殊要求。文獻(xiàn)[6]對(duì)WSN系統(tǒng)進(jìn)行了研究，闡述了系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)和軟

7、硬件功能模塊劃分，并分析了WSN采用多跳方式組網(wǎng)的必要性。然后，本文針對(duì)WSN系統(tǒng)的兩種主要節(jié)點(diǎn)類型――傳感器節(jié)點(diǎn)和匯集(sink)節(jié)點(diǎn)――進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。完成了基于AVR單片機(jī)和CC2420無線芯片的傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，并在深入研究傳感器節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)TinyOS的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)機(jī)制的基礎(chǔ)上，完成了基于TinyOS的傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)；同時(shí)，在成功移植Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了功能基本完備的sink節(jié)點(diǎn)。該sink節(jié)點(diǎn)能通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)WSN內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)間通信。最后對(duì)當(dāng)前最主流的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簇ZigBee在傳感器節(jié)點(diǎn)上的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研