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基于实时操作系统的ZigBee协议MAC与网络层研究与实现
资料介绍
ZigBee是近几年迅速发展起来的一项具有低功耗、低成本、低传输速率特点的无线传感网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)通讯协议,非常适用于目前迫切需要发展的智能家居、智能农业、工业数据采集等领域。目前WSN各应用领域的飞速发展对通讯协议的数据传输稳定性、吞吐量、通讯实时性等基本性能都提出了更高的要求。其中,协议的实时响应时间直接影响着通讯协议栈所能达到的最大数据发送频率,这在很大程度上也就决定了WSN的通讯性能,制约着ZigBee协议在一些对通讯实时性要求较高的领域的发展。
目前世界上主流的ZigBee协议栈,要么没有采用操作系统(如Microchip Stack),导致代码凌乱、效率低下;要么采用的操作系统只是简单的实现了多任务调度并不是实时的(如TI Z-Stack),从而严重影响了协议栈的实时性、吞吐量,并且因为源代码不公开无法对其进行改进。本文将从FreeRTOS实时操作系统入手,系统的阐述针对WSN的工作特点对操作系统内存管理和时间片进行的改进,并首次在该改进的FreeRTOS实时操作系统上独立实现了ZigBee的MAC层和网络层协议栈。通过对协议栈的实验及性能分析证明该协议栈在实时性、吞吐量方面有了显著提高,并且在低功耗、可靠性等方面表现优秀,真正地从实际应用角度开发出了适合工业应用的ZigBee协议栈。
本文主要工作内容如下:
Ⅰ.通讯协议实现的硬件平台搭建。
本文以MSP430F5438单片机和CC2420射频芯片为主要模块,为ZigBee协议的实现搭建了稳定的硬件工作平台。
Ⅱ.实时操作系统。
选用开源且免费的FreeRTOS实时操作系统为母本,将经过统一内存管理与变时间片技术改进过的实时操作系统应用到ZigBee协议中去,为提高通讯协议的实时性、降低功耗打下基础。
Ⅲ.ZigBee协议的MAC层实现。
利用Cygwin、IAR Embedded Workbench开发平台采用C语言在实时操作系统的基础上实现了ZigBee协议栈MAC层。
Ⅳ.ZigBee协议的网络层实现。
用上述工具对ZigBee网络层做了代码实现。
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