ieee 802.15.4标准的研究与实现

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1、华东师范大学硕士学位论文IEEE802.15.4标准的研究与实现姓名：陈旭孟申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：张卫20071001论文摘要IEEE802．15．4标准是由国际电信联盟制定的，适用于短距离，低功耗无线设备之间进行数掘传输和通信的协议，具有低速率、低功耗、传输距离短、架构简单、体积小的特点，适应无线传感器网络，其任务就是制定物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)规范。目前，国外已有数家公司和研究机构对该标准投入研究，包括适合该标准芯片平台和协议栈的研究，也已有产品面市。

2、我国的研究机构也投入了大量的人力物力进行研究。本文在深入研究802．15．4标准协议的基础上，设计了一套在嵌入式硬件平台上可移植性较高的协议栈开发方案，讨论了在设计过程中遇到的问题，并从实现角度针对这些问题提出了对应的解决方案，而且在Freescale公司G1160系列MCU和MCl3192射频芯片的硬件平台上给出实现，包括底层系统软件、射频驱动软件、物理层协议和MAC子层协议软件。本文首先介绍了IEEE802．15．4的提出和研究现状，并从中引出其提出的背景和必要性。随后，详细介绍并分析了根据该标

3、准组建网络拓扑的特点，并介绍了两层协议各自采用的技术和特性，尤其是MAC子层采用的超帧结构、传输模型及场景，并且介绍了其帧结构定义。其次，基于协议栈的可移植性考虑，本文提出了一套完整的系统架构设计方案。这套系统架构基于硬件抽象层的思想，在底层提供了一些必要的、类似OS功能的系统软件以及射频芯片驱动软件。接着本文介绍了这两部分软件应该具有的必要功能。然后，本文在所提出的系统架构以及底层软件的基础上，利用这些底层模块和整体架构，实现了IEEE802．15．4标准定义的两层协议。这两层协议向上层提供了媒体

4、访问控制和基本的数据传输的功能。本文实现的802．15．4协议栈，支持除了安全模块之外标准中所有的特性和功能。最后对该协议栈系统进行了测试。关键字：无线传感网，IEEE802．15．4，硬件抽象层，MAC子层协议，超帧结构ABSTRACTIEEE802．15．4designedbytheInternationalTelecommunicationUnion．appliestoshort·range，low—powerwirelessdevicesfordatatransmissionandcommu

5、nication．ThisprotocolhassomefeatureslikeIow-rate．10w-power,short-distance，simple—structure，small—sizeandsoon，andadaptstowirelesssensornetwork．Itstaskistodevelopthespecificationofphysical(PHY)layerandmediaaccesscontrol(MAC)sublayenAtpresent，severalforei

6、gncompaniesandresearchinstitutionshavedevotedlotsofresearchesforthestandart，includingtheresearchesaboutthechippatformandprotocolstack，andtheyalreadyhavesomeproductscomingtothemarket．Manyresearchinstitutionsofourcountryalsohaveinvestedalotofmanpowerandr

7、esourcesintotheresearch．Basedontheinsidestudyof802．15．4standard，thisthesisinVoducesadesignapproachofprotocolstackdevelopmentwithhigherportabilityinaembeddedplatform，anddiscussesthedesignproblemsencounteredintheprocess，andmakesthecorrespondingsolutionst

8、otheseproblems．Thenthethesisgivesouttheimplementationdetailsofthestandard，includingthedetailsaboutunderlyingsystemsoftware，RFdriversoftware，physicallayerprotocolandMAClayerprotocolsoftware．Theimplementationwasmade013ahardwareplatformwit