基于SEP6120的无线多媒体传感器节点设计

发布时间：2017-09-09 18:14

  本文关键词：基于SEP6120的无线多媒体传感器节点设计

  更多相关文章： 无线多媒体传感器节点 低功耗 路由算法 CSMA/CA 拥塞控制

【摘要】：相比传统的无线传感器节点,多媒体传感器节点能够处理和发送更加复杂、数据量更大的多媒体信息,然而随着节点的处理能力不断增强,功耗问题也越来越突出。因此设计一款低功耗、性能可靠的多媒体传感器节点具有重要意义。本文基于东南大学自主研发的SEP6120微处理器为核心的硬件平台,设计无线多媒体传感器节点,通过对无线多媒体传感器节点的设计要点进行分析,指出协议栈是节点设计中的核心问题。在本文协议栈设计中,根据簇头节点的负载量优化CSMA/CA算法,使簇头节点有更多的信道访问机会,然而较多的访问机会也造成簇头耗能较快,本文的簇头选举方法还增加了对节点剩余能量和地理位置的考量。在多跳传输设计中,给出了一种依据节点在网络中层次的简易路由实现方法。最后给出相应的拥塞控制方法解决拥塞问题。本文基于SEP6120给出了节点的软硬件具体实现,并进行了10个节点的组网测试。测试结果表明网络的传输延时小于50ms,丢包率小于2%,节点工作电流小于35mA,且图像传输前后的PSNR大于25dB,能够保证较好的图像质量,达到设计指标要求。本文的节点设计对进一步开发更加完善的无线多媒体传感器节点具有借鉴意义。
【关键词】：无线多媒体传感器节点 低功耗 路由算法 CSMA/CA 拥塞控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景与意义9
• 1.2 国内外多媒体传感器节点的研究现状9-10
• 1.3 研究内容与设计指标10-12
• 1.3.1 研究内容10-11
• 1.3.2 设计指标11-12
• 1.4 论文组织结构12-13
• 第二章 无线多媒体传感器网络及节点概述13-25
• 2.1 无线多媒体传感器网络概述13-18
• 2.1.1 无线多媒体传感器网络特点13-15
• 2.1.2 网络体系结构15-17
• 2.1.3 节点构成17-18
• 2.2 无线多媒体传感器网络协议栈18-20
• 2.2.1 蓝牙18
• 2.2.2 ZigBee18-19
• 2.2.3 Wi-Fi19-20
• 2.3 多媒体传感器节点设计要点20-23
• 2.3.1 微处理器SEP612020-21
• 2.3.2 节点设计中的要求21-22
• 2.3.3 节点设计中的核心问题22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 无线多媒体传感器节点的协议栈设计25-43
• 3.1 协议栈总体架构25-26
• 3.2 MAC层分析26-33
• 3.2.1 时间同步算法26-29
• 3.2.1.1 时间同步算法分析与对比26-27
• 3.2.1.2 基于时钟偏移校正的时间同步算法27-29
• 3.2.2 冲突避免机制CSMA/CA29-33
• 3.2.2.1 树状拓扑网络的非均衡传输特点29-30
• 3.2.2.2 优化竞争窗口的CSMA/CA30-33
• 3.3 网络层分析33-39
• 3.3.1 几种常见路由协议分析与对比33-35
• 3.3.1.1 泛洪33
• 3.3.1.2 低功耗自适应集簇分层协议LEACH33-34
• 3.3.1.3 按需平面距离矢量路由协议ADOV34-35
• 3.3.2 基于LEACH协议的路由实现方法35-39
• 3.3.2.1 簇头选举35-37
• 3.3.2.2 路径生成37-38
• 3.3.2.3 功耗分析38-39
• 3.4 拥塞控制39-40
• 3.4.1 拥塞产生的原因39
• 3.4.2 拥塞控制方法39-40
• 3.5 应用层设计40-42
• 3.6 本章小节42-43
• 第四章 无线多媒体传感器节点的软硬件实现43-65
• 4.1 总体设计方案43
• 4.2 系统硬件设计43-46
• 4.2.1 电源模块43-44
• 4.2.2 微处理器44
• 4.2.3 无线通信模块44-45
• 4.2.4 PCB布线45-46
• 4.3 软件实现46-53
• 4.3.1 Contiki简介46-47
• 4.3.2 软件架构47-48
• 4.3.3 软件系统实现48-53
• 4.3.3.1 Protothreads48-49
• 4.3.3.2 进程控制块49-50
• 4.3.3.3 进程调度50-53
• 4.3.3.4 定时器53
• 4.4 协议栈实现53-63
• 4.4.1 MAC层实现53-58
• 4.4.1.1 MAC层帧结构53-54
• 4.4.1.2 超帧结构54-55
• 4.4.1.3 节点的连接与断开55-56
• 4.4.1.4 数据包处理流程56-58
• 4.4.2 网络层实现58-62
• 4.4.2.1 网络层帧结构58-59
• 4.4.2.2 路由实现59-60
• 4.4.2.3 数据包处理流程60-62
• 4.4.3 应用层实现62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 节点调试与组网性能测试65-75
• 5.1 测试场景65-66
• 5.2 节点调试66
• 5.2.1 硬件调试66
• 5.2.2 软件调试66
• 5.3 性能测试66-73
• 5.3.1 丢包率测试66-67
• 5.3.2 传输时延测试67-68
• 5.3.3 功耗测试68-69
• 5.3.4 组网测试69-71
• 5.3.5 视频传输测试71-73
• 5.4 测试结果分析73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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