ZigBee无线网络通信系统开发与节能技术研究

发布时间：2016-10-09 18:22

  本文关键词：ZigBee无线网络通信系统开发与节能技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北方工业大学》 2014年

ZigBee无线网络通信系统开发与节能技术研究

宋红霞  

【摘要】：集合传感技术、网络与通信技术、计算技术三大技术于一身的ZigBee无线传感网络,具有低功耗、低成本、自组织以及分布式等诸多优点,未来将在工业现场、家居环境、智能交通、医疗以及军事等诸多领域有广泛应用。 以车间等工业现场为例,要实现仪表之间的无线组网、通信以及上位机管理等,对于无线传感网络的要求,较其常规大型组网应用有一定区别。第一、车间等场所仪表数量较少,所以与仪表连接的zigbee节点数量也较少；第二、必须保证节点的健壮性,否则节点失效导致与节点连接的仪表无法正常进行通信；第三、对于手持仪表设备,由于距离不断变化,网络也更加不稳定,频繁变化,不利于仪表的正常通信,因此必须对仪表的运动距离加以限制；第四、邻近车间不同的zigbee网络之间不能相互干扰,而且节点要能实现既能加入指定网络又能在不同网络(或者不通车间)之间自由切换。第五、部分仪表有大数据文件的传输需求。第六、某些情况下,仪表或车间需要远程管理和访问。针对以上问题,本文基于Z-STACK协议栈对无线传感网络在特殊场合的应用进行研究,并重点解决了上述问题。开发了网络维护、在线节点查询、配置PANID和信道、重启单个设备或整个网络、查询节点的配置参数信息以及恢复出厂化设置等功能,对传统ZigBee设备不支持大数据量传输进行改进。使无线通信系统功能更加完善,在一定程度上具有通用性,有利于ZigBee无线通信技术进一步推广应用。 传统的时钟同步算法具有通信信息开销大以及同步时钟误差较大等缺点。本文提出了一种新颖的ZigBee网络节能算法——基于ZigBee-WIFI协同方式的时钟同步机制。zigbee无线传感节点可以通过内置的接收信号强度寄存器(RSSI),感知同一频段下WiFi周期性发送的信标帧,并用其作为参考时钟,通过补偿校正本地的时钟。此方法校正后时钟同步精度并不理想。在此基础上提出了一种基于状态空间的时钟模型,采用卡尔曼滤波器和离散线性定常系统的二次型最优控制校正算法(DLQR)跟踪和校正状态变量,获得很好的时钟校正精度。最后分析了时钟同步误差与校正周期的关系,综合多方面因素,得出基于ZigBee-WIFI协同方式进行的时钟同步机制使ZigBee网络节能效果显著提高。 本系统已应用于时代集团车间的仪表组网,性能较稳定。基于ZigBee-WIFI协同方式的时钟同步机制实现无线传感网络高效节能,同时能达到很好的时钟同步精度,目前处于算法仿真阶段,还没应用于实际系统中。

【关键词】：
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN92
【目录】：

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本文编号：135222