Contiki系统下无线传感器网络信道切换技术研究
本文选题:无线传感器网络 + 信道切换 ; 参考:《南昌航空大学》2017年硕士论文
【摘要】:近些年,无线传感器网络应用的规模不断扩大,导致频率利用率降低、无线网络通信质量下降等问题突显,难以满足用户对高性能传感器网络的需求。为解决以上问题,需要进一步研究无线网络的频率管理方式,根据无线传感器网络的特点,对信道切换技术进行优化,提高网络的通信质量。最终实现一种轻量级、稳定的信道切换技术,对无线传感器网络的应用和发展有一定的现实意义。本文首先对无线传感器网络的信道切换技术研究进行了综述;然后,对IEEE802.15.4协议栈的MAC层进行优化,并搭建硬件平台,将优化后的协议移植到Contiki操作系统中,在硬件平台上对信道切换技术进行研究;最后,通过仿真软件模拟现实网络,评估信道切换技术的性能和实用性。主要研究工作如下:1、阐述无线传感器网络的信道切换技术的研究内容。对现有的频率管理技术进行了全面分析,结合无线传感器网络的技术特点,明确信道切换技术适用的频率管理方式,突出了信道切换技术应用于无线传感器网络的优势,证明该技术可用于解决信道质量下降的问题。并进一步研究了实现信道切换技术所必需的网络拓扑结构等相关技术支持。2、优化信道切换的MAC层协议,并搭建硬件平台。结合通信协议栈的特点和工作原理,在现实网络中优化MAC层协议设计,实现信道切换技术;并在现有项目基础上搭建硬件平台,主要包括终端节点的电路设计、射频模块设计和性能测试。最后,将信道切换的相关协议移植到硬件平台上,在系统中完整的实现信道切换技术,其中硬件平台的搭建为理论研究提供现实依据。3、使用Opnet软件对信道切换技术进行了网络仿真和性能测试。根据硬件条件和协议栈优化情况建立网络模型,在模拟环境中实现信道切换技术,对网络系统进行性能分析。先建立简单的网络结构,逐渐增加网络拓扑复杂度、扩大网络规模,深入研究这些因素对信道切换技术性能的影响。通过对仿真结果的分析,证明了信道切换技术的优越性和实用性,在解决信道质量下降的前提下,保证了一定的成功率。同时,本文对可使用信道切换技术的无线传感器网络的性能和应用场景提供了指导性意见。
[Abstract]:In recent years, the scale of wireless sensor network applications is expanding, which leads to the decrease of frequency utilization rate and the deterioration of wireless network communication quality. It is difficult to meet the needs of users for high-performance sensor networks. In order to solve the above problems, it is necessary to further study the frequency management mode of wireless networks. According to the characteristics of wireless sensor networks, the channel switching technology is optimized to improve the communication quality of the networks. Finally, the realization of a lightweight and stable channel switching technology is of practical significance to the application and development of wireless sensor networks. In this paper, the channel switching technology of wireless sensor networks is reviewed firstly, and then the MAC layer of the IEEE802.15.4 stack is optimized, and the hardware platform is built to transplant the optimized protocol to the Contiki operating system. The channel switching technology is studied on the hardware platform. Finally, the performance and practicability of the channel switching technology are evaluated by simulating the real network with the simulation software. The main research work is as follows: 1. The research content of wireless sensor network channel switching technology is expounded. The existing frequency management technology is comprehensively analyzed. Combining with the technical characteristics of wireless sensor network, the frequency management mode applicable to channel switching technology is defined, and the advantages of channel switching technology in wireless sensor network are highlighted. It is proved that this technique can be used to solve the problem of channel quality degradation. Furthermore, the related technical support. 2, which is necessary to realize the channel handoff technology, such as network topology, etc., is studied, and the MAC layer protocol for channel handover is optimized, and the hardware platform is built. According to the characteristics and working principle of communication protocol stack, the protocol design of MAC layer is optimized in the real network to realize the channel switching technology, and the hardware platform is built on the basis of the existing project, which mainly includes the circuit design of terminal node. RF module design and performance testing. Finally, the related protocols of channel switching are transplanted to the hardware platform, and the channel switching technology is realized in the system. The construction of hardware platform provides practical basis for theoretical research. The network simulation and performance test of channel switching technology are carried out by using Opnet software. According to the hardware condition and protocol stack optimization, the network model is established, the channel switching technology is realized in the simulation environment, and the performance of the network system is analyzed. Firstly, a simple network structure is established to increase the network topology complexity and expand the network scale. The influence of these factors on the performance of the channel handoff technology is deeply studied. Through the analysis of the simulation results, the superiority and practicability of the channel switching technology are proved, and the success rate is guaranteed on the premise of the channel quality degradation. At the same time, the performance and application scenarios of wireless sensor networks which can use channel switching technology are provided with guidance.
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212.9;TN929.5
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,本文编号:1928160
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