基于龙芯和自主物联协议的物联网应用研究

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1、江苏科技大学硕士学位论文基于龙芯和自主物联协议的物联网应用研究专业名称：计算机软件与理论作者姓名：陈继磊指导教师：祁云嵩江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：陈继磊2016年3月30日摘要本文提出了一种基于国产

2、龙芯与自主物联协议的物联网应用系统解决方案。该系统的核心技术自主可控，对国家长远发展战略目标有着深远的意义。本文较为详细的介绍了以下三个模块的软硬件设计：模块一：基于龙芯处理器的嵌入式物联网网关。网关硬件主要由龙芯1B核心板与扩展板组成，龙芯1B核心板主要集成了龙芯1B处理器、FLASH、SDRAM；扩展板主要集成了无线通讯模块与扩展接口。网关软件搭载嵌入式Linux操作系统，本文对龙芯开发板的启动引导程序、系统内核、根文件系统进行了移植，并搭建了嵌入式web服务器与嵌入式数据库系统。模块二：基于SI4432的

3、自主物联模块。本文对比了自主物联模块与主流的ZigBee模块，突出了自主物联模块的优势，同时介绍了自主物联模块的硬件组成与其所涉及的关键技术，叙述了自主物联协议栈物理层、MAC层、网络层、应用层的相关设计。本文在此基础上实现了MAC层基于802.15.4标准的CSMA/CA机制的退避算法，并对该算法进行了优化，将当前网络状态作为考虑因素添加到以上算法中，有概率的调整随机退避时间区间大小，可以有效的减少数据包冲突机率，从而降低功耗。模块三：无线传感器模块。本文给出了无线传感器节点的整体设计结构，根据网络拓扑结构区

4、分节点类型，定义了协调器节点、路由节点、终端节点的软硬件资源。并且设计了四种传感器模块用于系统实验。本文主要创新点：一、搭建物联网系统时，使用龙芯处理器加自主物联模块的设计方案代替主流ARM处理器加ZigBee模块的设计方案。并且经过测试证实其可行性。二、通过分析IEEE802.15.4标准协议MAC层CSMA/CA机制的退避算法，结合自主物联模块硬件特性与当前网络状态提出了新的改进方案，并加以实现与测试，其结果表明能够有效的降低丢包率，同时达到降低功耗的目的。三、以理论公式为基础结合SI4432模块的特性提出

5、了最优发射功率的计算方法，兼顾接收灵敏度与覆盖范围的选择，可以结合实际环境，灵活的选择最优发射功率，降低功耗。关键词龙芯；自主物联模块；CSMA/CA；退避算法；最优发射功率IAbstractThispaperputforwardaapplicationsystemsolutionsbasedondomesticLoongsonandindependentnetworkprotocolofIOT.Thecoretechnologysystemsolutionsself-controlled,andithasfa

6、r-reachingsignificanceforlong-termstrategicobjectivesofourcountry.Thispaperdescribeshowtodesignthehardwareandsoftwareoffollowingthreemodules:Moduleone:theembeddedgatewayofIOTbasedonLoongsonprocessor.ThehardwareofthismoduleconsistsaLoongson1Bcoreboardandaexpa

7、nsionboard,Loongson1Bcoreboardmajorintegratedprocessor,FLASHandSDRAM;expansionboardmainintegratedwirelesscommunicationmoduleandtheexpansioninterface.ThesoftwareofthismodulewithembeddedLinuxoperatingsystem,thispapertransplantLoongsondevelopmentboard'sbootload

8、er(PMON),kernelandrootfilesystem,andsetuptheembeddedwebserverandembeddeddatabasesystem.Moduletwo:TheindependentmoduleofIOTbasedontheSI4432RF.ThispapercomparestheindependentmoduleofIOTwithZigBeem