基于FPGA的无线传感器网络网关研究与设计

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1、分类号TP393重庆邮电大学硕士学位论文英文题目：!：缝壁墨曼丛Qh塑亟旦曼墨ig坠Qi燮i鳗!星墨墨S星堕Q!N煎巡Q然Q坐堕型垦箜曼亟Q垒至￡坠硕士研究生塑置鉴指导教师垄坚生耋丝学科专业盐簋壑丛盔论文提交日期谢当犟s日论文答辩日期上掣堙立逼珥论文评阅人答辩委员会主席王越壶煎：≥。jf≥年r月述日独创性声明JMIIIIIJ11]llllllJ]llJ]lllJJllJ]J1]I]IY2398842本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的

2、地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆由E电态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：却焉奄签字日期：如伤年s月万日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆壑鱼太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重迭邮鱼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复

3、制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：杆尊督签字日期：朋乡年￡月哆日导师躲是瞻华签字日期：弦一年呈序)9重庆邮电大学摘要无线传感器作为一种新的无线数据采集方式，对人类原有的、传统的感知外界环境得方式产生了深刻的影响。同时，无线传感器网络在军事国防、环境监测和城市管理等领域扮演着十分重要的角色，具有广阔的应用前景。为了充分发挥无线传感器网络的潜能，必须要与已有的各式各样的异构网络通信，使之不成为孤立的网络，这就需要传输网关的支撑。网关是整个无线传感器网络的枢纽，是实现

4、无线传感器网络与其它异构网络之间通信的桥梁，同时也负责管理网络。首先介绍了本文的选题背景和研究意义，阐述了国内外的研究现状，然后说明了本文的主要研究内容和文章的结构安排。之后对无线传感器网络进行了阐述，分析了OSI模型中的网关设备的功能，论述了无线传感器网络需要与外部网络通信，而通过协议转换方式使用网关设备来实现是简单而有效的方式。然后简述了嵌入式系统和嵌入式系统的开发方式并进行了对比，确定了基于FPGA的片上系统方案来实现以太网接入网关的设计构想。对本文的核心技术即可编程片上系统进行了详细的论述。其次，设计

5、与实现了基于FPGA的数字系统的硬件系统，分基本外围电路模块、配置模块、存储模块、通信模块进行了阐述，在基本外围电路模块，主要分析了电源电路、复位电路、时钟电路、串口电路以及显示电路。在此基础上，对FPGA芯片进行了可编程系统的设计与实现。针对无线传感器网络网关的设计，分析了系统所需的资源，然后设计了自定义逻辑模块叫FTLCD控制器。通过添加需要的IP核，并连接到适合的总线上，完成了整个SoPC的硬件设计。然后在完成的硬件平台上完成了软件系统的开发。首先分析了系统的软件框架设计，简单地介绍了嵌入式Linux系

6、统。根据网关的硬件，对嵌入式操作系统进行了定制和裁剪并移植到平台上，并为本文自定义IP核设计了显示驱动。然后介绍了应用软件的设计与实现。由于传感器网络的数据包通常较短，如每收到包都进行协议转换，由于传输信息中的有效载荷较低，造成带宽资源的浪费，也会由于网关发送数据次数较多而增加网络的负载。针对些，设计了数据聚合算法并且进行了仿真验证。最后对本文设计的网关进行了实际测试，验证了设计的正确。然后对本文所做的工作进行了总结，并探讨了未来工作。关键词：无线传感器网络，网关，SoPC，嵌入式系统，数据聚合重庆邮电大学A

7、bstmctAbstractAsanewwayofwirelessdataacquisition，wirelesssensorhasalreadyhadaprofoundinfluenceontheoriginalandtraditionalmethodsthatpeoplegetperceptionofexternalenvironment．Atthesametime，wirelesssensornetworkhasplayedaveryimportantroleinmanyareas，suchasmili

8、tarydefense，urbanenvironmentalmonitoringandmanagement．Besides，ithasabroadapplicationprospect．InordertogivefullplaytothepotentialofWirelessSensorNetwork(WSN)，wehadbettercommunicatewithawidevarietyofhete