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1、上海交通大学硕士学位论文基于ZigBee的无线传感器环境监测网络设计姓名：杨柳申请学位级别：硕士专业：测试计量技术与仪器指导教师：陶正苏20080101上海交通大学硕士学位论文摘要基于ZigBee的无线传感器环境监测网络摘要环境监测具有区域内的监测点数量多、监测时间长、监测情况复杂等特点。针对传统环境监测手段的网络布局困难、节点智能化程度低等缺点，设计了基于ZigBee协议的无线传感器环境监测网络系统。该系统具有节点数量大、可靠性高、网络布局方便、可远程控制等优势。本文首先对无线传感器网络的结构、分层模型和关
2、键技术进行了介绍，指出具有低功耗、通信可靠、网络的自组织、自愈能力强以及成本低廉等特点的ZigBee技术非常适合应用于环境监测的无线传感器网络。接着对TI的基于ZigBee2006标准的协议栈Z-Stack进行了剖析，并对Z-Stack中的网络地址分配与寻址，节点绑定的过程与步骤，路由选择的机制以及路由维护，信道配置等功能的实现进行了深入的探讨。环境监测网络的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计主要介绍了微处理器模块、数据采集模块、天线模块以及其他一些外围电路的芯片的选型以及设计方法。在软件设计方面，
3、介绍了监控中心软件和基于Z-Stack协议栈的ZigBee环境监测网络节点的软件设计，包括节点的加入、网络地址分配、数据的采集以及通信、路由的管理、数据的加密等，整个环境监测网络系统能够良好运行。最后本文针对环境监测网络中的数据安全问题进行了研究，提出了控制网络接入和数据加密两种解决方法。在低功耗设计方面，通过计算整个系统的能量，确定影响系统功耗的因素，并通过增加节点休眠时间等方法保证系统能够长时间的工作。关键词：无线传感器网络，ZigBee，环境监测I上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTTHEDESIG
4、NOFENVIRONMENTMONITORINGWIRELESSSENSORNETWORKBASEDONZIGBEEABSTRACTEnvironmentmonitoringisacomplextask.Inthemonitoringareathereexistalargenumberofmonitoringnodeswhichneedtoworkverylongtime.Withtheconsiderationofdefectsintraditionalenvironmentmonitoringsystem
5、,forexample,itisdifficulttosetupthenetworkandtheintelligentlevelislow,anenvironmentmonitoringWirelessSensorNetwork(WSN)systembasedonZigBeeprotocolispresentedinthepaper.Ithasalotofadvantagessuchascontainingalargenumberofnodes,easytoconstruct,highreliabilitya
6、ndeasyforremotecontrol.TheWSNisdeeplydiscussedinthepaperincludingthenetworkstructure,layermodelandsomekeytechnologies.ZigBeeisatypicalWSNprotocolthathasalotofuniquesuchaslowpowerconsumption,reliabledatacommunication,ad-hocandlowcost.TheZ-StackdesignedbyTIis
7、aprotocolstackwhichsupportsZigBee2006standard.Itsmainfunctionsincludeaddingthenode,deliveringthenetworkaddress,datatransmitting,routingmanagement,andchannelconfiguration.Therearetwopartsinthedesign:hardwaredesignandsoftwaredesign.Inthehardwaredesign,differe
8、nthardwaremodulesaredescribedindetailincludingthemicroprocessor,ADC,sensorandantenna.Inthesoftwaredesign,monitoringsoftwareandnodesfirmwarearediscussed.Thewholesystemcanworkreliably.Networksecurityisan
