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1、南京航空航天大学硕士学位论文无线传感器网络平台研究与实现姓名：王龙军申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李桥梁20070101南京航空航天大学硕士学位论文摘要无线传感器网络（WSN:WirelessSensorNetwork）是由随机分布的、具有集成传感器以及数据处理和通信模块的微小节点、通过自组织方式构成的网络，借助于传感器节点自带的传感器可以监测和采集周边信号。本文研究并实现了基于TinyOS操作系统的WSN平台。通过软硬件结构的精心设计，该平台能够满足WSN系统资源严格受限、低功耗、低成本、高可靠性的特殊要求。本文首先对WSN系统进行了研究，阐述了系统分层
2、结构和软硬件功能模块划分，并分析了WSN采用多跳方式组网的必要性。然后，本文针对WSN系统的两种主要节点类型――传感器节点和汇集(sink)节点――进行了软硬件设计与实现。完成了基于AVR单片机和CC2420无线芯片的传感器节点硬件设计，并在深入研究传感器节点操作系统TinyOS的设计思想和实现机制的基础上，完成了基于TinyOS的传感器节点应用模块设计；同时，在成功移植Linux操作系统的基础上，实现了功能基本完备的sink节点。该sink节点能通过因特网实现WSN内网和外网间通信。最后本文对当前最主流的传感器网络协议簇ZigBee在传感器节点上的实现进行了研究，并与前
3、期实现的无操作系统传感器节点进行了实验对比，表明TinyOS操作系统相对于无操作系统的传感器节点具有性能稳定、并发性操作效果好等优点。论文结尾指出了进一步的研究方向。关键词：无线传感器网络，TinyOS，ZigBee，嵌入式系统，IEEE802.15.4i无线传感器网络平台研究与实现AbstractTheWSN(wirelesssensornetwork)isanad-hocnetworkwhichconsistofalargenumberofrandomlyscatteredtinysensor-nodes,eachofwhichisequippedwithasenso
4、r,data-processingandcommunicationmodules.Withthesetinysensor-nodes,WSNcanmonitorandcollectambientinformation.ThispaperfocusedontheresearchandimplementationofTinyOS-basedWSNplatform.Withthecarefuldesignofthehardware&softwarearchitecture,theWSNplatformcanadapttothespecificrequirementsofWSNn
5、odes,suchasrestrictedresource,power-saving,low-cost,ruggednessandhigh-reliability.Firstly,WSNsystemisstudiedasawhole,theillustrationofthelayeredmodelandtheclassificationofsoftware&hardwarefunctionalmodulesisfollowed.Thenecessityofapplyingmulti-hoptoWSNnetworkingisalsogiven.Secondly,thesof
6、tware&hardwaredesignandimplementationforthetwomajorform-factorsofWSNnodes,sensornodeandsinknode,areprovided.ThehardwaredesignofasensornodeisgivenbasedonAVRMCUandRFtransceiverCC2420.AndtheTinyOS-basedsoftwareapplicationmoduleiscompletedafterdetailedresearchonthedesignphilosophyandimplement
7、ationmechanismofaWSNoperatingsystem,TinyOS.Inthemeantime,byportingLinuxtoWSNnodes,analmostfull-fledgedsinknodeisalsodesigned,whichcanbridgetheWSNandtheoutsidenetworkviaInternet.Lastly,asawidely-acceptedWSNprotocolsuites,ZigBeeanditsimplementationonsensornodesarestud
