无线传感器网络协议栈研究与设计-第3章
无线传感器网络中的协议优化研究
无线传感器网络中的协议优化研究第一章：导论随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为物联网的重要组成部分，也在不断发展壮大。
WSN具有无需布线、可灵活部署、低成本、低功耗等优点，广泛应用于环境监测、智能交通、智能城市等领域。
然而，WSN的无线传输带来了很多问题，如信号干扰、网络拓扑动态等。
因此，研究WSN中的协议优化问题具有重要意义。
本文将从WSN协议的基本原理和设计出发，深入探讨WSN中的协议优化研究。
第二章：WSN协议的基本原理2.1 WSN的网络结构WSN是由大量的传感器节点组成的无线网络，每个节点都具有独立的处理器和能源。
传感器节点通过无线信道进行数据的传输和共享，形成了一种分布式计算和数据处理的模式。
WSN的节点可分为源节点、中间节点和汇聚节点三类。
源节点是指传感器节点直接采集环境信息的节点，中间节点是指用于转发信息的节点，汇聚节点时最终收集与处理信息的节点。
WSN的网络结构可以是星型、树型、网状等多种形式。
2.2 WSN的通信原理WSN的数据传输主要通过无线信道进行。
在无线传输的过程中，数据包需要经过多个节点进行中转才能到达最终目的地，因此需要设计合适的路由协议确保数据包的完整传输。
WSN的通信原理通常依托于OSI模型进行设计，将其分为物理层、数据链路层、网络层和应用层四个层次。
第三章：WSN协议的设计与研究3.1 WSN协议的设计理念WSN的协议设计需要考虑到传感器节点的特殊性，如功耗、计算能力、通信范围等问题。
因此，WSN协议的设计理念主要包括可靠性、低功耗、低成本和可伸缩性等。
3.2 WSN中的协议类型WSN中的协议包括路由协议、传输协议、安全协议等。
其中，路由协议是最基本的协议，它决定了数据包的传输路径和中转节点。
常见的路由协议有LEACH、SPIN、Directed Diffusion等。
传输协议主要用于确保数据包的可靠传输和可靠接收，常见的传输协议有Go-Back-N、Selective Repeat等。
基于物联网的无线传感器网络协议设计
基于物联网的无线传感器网络协议设计物联网（IoT）已成为近年来最热门的技术和市场领域之一，它将各种设备和物体连接在一起，实现信息的互联和共享。
而无线传感器网络（WSN）是物联网的重要组成部分之一，它利用传感器节点采集环境数据，并通过无线网络进行传输和处理。
如何设计一种高效稳定、低功耗的无线传感器网络协议，成为物联网技术研究中的重要问题。
一、无线传感器网络的协议层次结构无线传感器网络通常由大量的传感器节点组成，每个节点都拥有一定的计算和存储能力，同时具有无线通信的能力。
在无线传感器网络的协议设计中，需要考虑到传感器节点数量庞大、通信距离短、电力供应难度大等因素，因此往往采用浅层次结构的协议。
无线传感器网络的协议层次结构由物理层、MAC层、网络层、传输层和应用层构成。
物理层是无线传感器网络的最底层，负责将数字信号转换为无线信号并进行传输。
MAC层则是媒介接入控制层，负责管理无线信道的共享和接入。
网络层的主要功能是路由选择和数据包的转发。
传输层通过控制数据传输的可靠性、延迟和带宽等参数，提供安全的数据传输服务。
应用层则是和传感器数据相关的最高层，负责对传感器数据进行处理、分析和应用。
在整个协议层次结构中，物理层和MAC层是无线传感器网络协议的核心部分。
在物理层上，需要考虑到无线传输的抗干扰能力、信道带宽和功耗控制等问题。
在MAC层上，则需要考虑到无线信道的共享机制、传输的可靠性和低功耗等问题。
二、无线传感器网络协议设计的挑战无线传感器网络的协议设计面临着一系列挑战。
首先，传感器节点的数量庞大，而且分布广泛，导致无线信道的拥塞、干扰等网络问题极易产生。
其次，传感器节点的计算和存储能力有限，运算速度低、存储容量小，需要设计高效的协议来节省计算和存储资源。
第三，传感器节点的电力供应通常采用电池等低功耗供电方式，需要设计低功耗的传输协议，以延长传感器节点的使用寿命。
最后，传感器节点具有一定的安全风险，需要设计安全可靠的协议，防止节点信息被窃取或篡改。
物联网中的无线传感器网络协议设计
物联网中的无线传感器网络协议设计无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是物联网中最基础且广泛应用的技术之一。
它通过将传感器节点相互连接，密集地部署在被监测区域内，实时收集、处理和传输环境中的数据信息。
无线传感器网络的协议设计是确保网络高效、可靠运行的关键因素之一。
本文将探讨物联网中的无线传感器网络协议设计，从网络协议的功耗优化、数据传输可靠性和安全性等方面进行讨论。
首先，无线传感器网络的协议设计需要考虑功耗优化。
由于传感器节点往往由电池供电，能量是有限的。
因此，协议设计应尽量减少节点的能量消耗，延长网络的生命周期。
为实现功耗优化，可以通过以下几种方式进行协议设计：1. 睡眠调度算法：传感器节点在不活动时进入睡眠状态，以降低能量消耗。
协议设计中可以利用睡眠调度算法，合理安排节点的睡眠和唤醒时间，以平衡能量消耗和数据采集的需要。
2. 路由优化：优化路由选择算法可以减少节点之间的跳数和通信距离，降低能量消耗。
通过选择最优路径传输数据，减少了数据传输时延和能量损耗。
其次，协议设计需要保证数据传输的可靠性。
在无线传感器网络中，由于环境复杂多变，通信链路容易受到干扰，容易产生丢包和错误。
为了确保数据的可靠传输，可以采取以下措施：1. 错误检测与纠正：在协议设计中，可以引入差错编码技术，如循环冗余校验（CRC）或海明码，实现对数据的检测和纠正，提高数据传输的可靠性。
2. 数据重传机制：当数据包发生丢失或错误时，传感器节点可以通过请求重传或使用快速重传算法进行数据包的重传，确保数据的完整性和正确性。
最后，协议设计还需要考虑网络的安全性。
在物联网中，无线传感器网络中的数据易受到攻击和窃取，因此协议设计应注重保护数据和网络的安全。
1. 身份认证与密钥协商：在无线传感器网络中，必须确保消息发送者的身份和数据的机密性。
协议设计可以引入身份认证和密钥协商机制，以确保数据的安全性。
2. 密钥管理：密钥管理是保证传感器网络中数据安全的基础。
项目三--了解无线传感器协议栈PPT课件
3.2zigbee无线传感器网络功能层简介
3.2.2 质访问控制层 介质访问控制层（MAC）提供点对点通信的数
据确认（Per-hop Acknowledgments）以及一些用 于网络发现和网络形成的命令，但是介质访问控制 层不支持多跳（Multi-hop）、网型网络（Mesh）等 概念
2021/7/23
3.1 Z-Stack协议栈
3.1.1 协议与协议栈 协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行 正常的数据收发；议栈是协议的具体实现形式。通俗的理解为代码实现的函数 库，以便于开发人员调用。
2021/7/23
3.1 Z-Stack协议栈
3.1.1 协议与协议栈 协议栈是指网络中各层协议的总和，一套协议的规范。其形象地反映了 一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协 议。 使用最广泛的是因特网协议栈，由上到下的协议分别是：应用层（Http、 Telnet、DNS、Email等），运输层（TCP、UDP），网络层（IP），链路层 （WI-FI、以太网、令牌环、FDDI等）。
项目三 了解ZigBee无线传感器网络协议栈
项目三 了解ZigBee无线传感器网络协议栈
知识目标： 1.掌握zigbee无线传感器网络的协议栈和协议的区别等知识。 2.掌握Z-Stack协议栈的OSAL分配机制。 3.了解Z-Stack协议栈的OSAL运行机制。 4.掌握Z-Stack协议栈的OSAL常用函数。
2021/7/23
3.3 OSAL多任务分配机制
3.3.1 OSAL基础知识
2021/7/23
项目三 了解ZigBee无线传感器网络协议栈
技能目标： 1.掌握Z-Stack协议栈的运行机制。 2.掌握Z-Stack协议栈中OSAL的添加新任务的方法。 。
传感器与无线传感网络 3.2-蓝牙和蓝牙协议栈
第三章
教学目标
目标
01 理解蓝牙的概念和特点 02 了解蓝牙通信的技术 03 理解心率传感器的概念和特点 04 理解红外传感器的概念和特点
第2页
第三章 目录
01 IAR开发环境介绍 02 蓝牙和蓝牙协议栈 03 通过蓝牙采集心率数据任务 04 通过蓝牙采集红外数据任务
第三章
第三章
3.2 蓝牙和蓝牙协议栈
3.2.3 蓝牙协议栈
蓝牙协议栈
第 10 页
本次任务使用的蓝牙通信模块使用的是TI公司生产的CC2541芯片，该CC2541是一款针对 Bluetooth低能耗以及私有2.4-GHz应用的功率优化的真正片载系统(SoC)解决方案。它使得使用低 成本建立强健网络节点成为可能。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型 8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8-KBRAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。 CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转 换时间进一步使低能耗变为可能。
第三章
3.2 蓝牙和蓝牙协议栈
3.2.3 蓝牙协议栈
第 12 页
BLE-stack的main函数在 SimpleBLEPeripheral_Main.c中，总体 上来说，它一共做了两件工作，一个是系 统初始化，即由启动代码来初始化硬件系 统和软件架构需要的各个模块，另外一个 就是开始执行操作系统实体，图3-15所 示。
图3-15 协议栈主流程
第三章
3.2 蓝牙和蓝牙协议栈
3.2.3 蓝牙协议栈
第 13 页
BLE协议栈中是通过MyNotification()函数进行发送数据，而 MyNotification()函数中是通过调用GATT_Notification()函数发送 数据，该函数是从机直接发送数据给主机。
物联网环境中无线传感器网络协议研究与设计
物联网环境中无线传感器网络协议研究与设计随着物联网的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为支撑物联网的关键技术之一，得到了广泛的关注和应用。
在物联网环境中，无线传感器网络协议的研究与设计至关重要，不仅关系到网络的性能和效能，还直接影响到物联网的应用效果和用户体验。
一、物联网环境中的挑战物联网环境中的无线传感器网络面临着诸多挑战。
首先，物联网中的无线传感器网络涉及大规模部署，需要能够支持大量节点的同时工作，因此要求协议具备高效的节点管理和能量管理机制。
其次，物联网环境中，传感器节点往往分布在广大的空间范围内，节点之间的距离远大于传统无线网络中的节点距离，因而在协议设计中需要考虑长距离传输和大规模网络中的数据传输效率与可靠性。
此外，在物联网中，传感器节点往往具有资源有限、能量有限的特点，协议设计需要兼顾网络性能和能耗控制，以延长网络的生命周期。
二、无线传感器网络协议的研究为了解决物联网环境中的挑战，研究人员和工程师们提出了许多无线传感器网络协议。
以下是一些常用的协议：1. 无线传感器网络协议栈（WSN Protocol Stack）：协议栈是无线传感器网络的基础框架，通常包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
物理层负责将数据转化为无线信号进行传输，数据链路层负责节点之间的数据帧传输和错误校验，网络层负责路由和分组转发，应用层则对上层应用提供服务。
在物联网环境中，协议栈的设计要考虑传感器节点的特点和应用需求，保证数据传输的可靠性和高效性。
2. 路由协议：物联网环境中传感器节点分布广泛，而且网络规模较大，因此需要设计能够支持大规模网络的路由协议。
常用的路由协议有基于单播的跳跃计数路由协议（Directed Diffusion）、基于链路状态的路由协议（AODV、DSDV）、基于移动智能体的路由协议（MAR）。
这些协议采用不同的路由策略和算法来实现能耗控制、数据传输的高效性和网络的可靠性。
无线传感器网络中的网络协议研究
无线传感器网络中的网络协议研究在当今数字化和智能化的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）正逐渐成为信息领域的重要组成部分。
它由大量分布在监测区域内的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式形成一个自组织的网络，能够实时感知、采集和处理各种环境信息，并将其传输到数据中心进行分析和决策。
而在无线传感器网络中，网络协议起着至关重要的作用，它决定了网络的性能、可靠性和能量效率等关键指标。
无线传感器网络的特点使得其对网络协议提出了独特的要求。
首先，传感器节点通常能量有限，而且很多情况下难以更换电池，因此网络协议必须具备低能耗的特性，以延长网络的生命周期。
其次，由于传感器节点的计算和存储能力相对较弱，协议的设计应该尽量简单高效，避免复杂的计算和大量的存储需求。
再者，网络中的节点分布密集，通信容易受到干扰和冲突，这就要求协议能够有效地解决信道竞争和冲突避免的问题。
此外，传感器网络的规模可能很大，节点可能会动态地加入或离开网络，协议需要具备良好的可扩展性和适应性，以应对网络拓扑的变化。
在无线传感器网络中，MAC（Medium Access Control）协议是决定节点如何共享无线信道资源的关键协议。
常见的MAC协议有基于竞争的协议和基于时分复用的协议。
基于竞争的MAC协议，如CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance），节点在发送数据前先监听信道，如果信道空闲则发送数据，否则等待随机时间后再次尝试。
这种协议的优点是简单灵活，但容易产生冲突，导致能量浪费和传输延迟增加。
基于时分复用的MAC协议，如TDMA（Time Division Multiple Access），将时间划分为固定的时隙，每个节点在指定的时隙内发送数据。
这种协议能够有效地避免冲突，但需要严格的时间同步，实现起来相对复杂。
无线传感器网络的协议与算法研究
无线传感器网络的协议与算法研究第一章无线传感器网络介绍无线传感器网络是由大量分布在被监测区域中的小型无线传感器节点组成的网络系统，其用途包括环境监测、医疗监测、军事侦察等诸多领域。
由于传感器网络中的节点数量庞大，节点之间的通信距离比较短，节点电量有限，因此需要协议和算法的支持来保证网络的高效性和可靠性。
第二章传感器网络中的协议在传感器网络中，协议是保证节点之间通信的基础。
当前应用广泛的传感器网络协议有以下几种。
2.1 MAC协议MAC（Medium Access Control）协议是无线传感器网络中的基础协议，它主要负责协调节点之间的数据通信。
常用的MAC协议有S-MAC、T-MAC、B-MAC等。
2.2 网络协议网络协议主要涉及节点之间路由、转发以及拓扑控制等问题。
在传感器网络中应用较广泛的网络协议有LEACH、HEED、Pegasis等。
2.3 应用层协议应用层协议是传感器网络中的最高层协议，它为上层应用提供数据传输服务。
常用的应用层协议有COUGAR、ACQUIRE、Directed Diffusion等。
第三章传感器网络中的算法传感器网络中的算法是指为节点之间的协作提供技术支持的算法。
目前常用的算法有以下几种。
3.1 分簇算法传感器网络中的节点数量庞大，为了管理这些节点并提高网络的能力，通常采用分簇的方法。
常用的分簇算法有LEACH、HEED、PEGASIS等。
3.2 路由算法无线传感器网络中的路由算法主要是为了解决节点之间通信的问题。
节点之间可以使用基于层次的路由、广播路由等方式交换信息。
常用的路由算法有Flooding、Gossiping等。
3.3 数据挖掘算法在传感器网络中，收集的数据存在着大量的冗余和噪声数据。
为了提高数据的可信度和准确度，传感器网络中通常采用数据挖掘的方法进行数据处理。
常用的数据挖掘算法有Kmeans、支持向量机（SVM）等。
第四章实现无线传感器网络的关键技术在传感器网络的实现中，除了协议和算法的支持以外，还需要其他关键技术的支持。
基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计本科生毕业论文设计 精品
本科生毕业论文（设计）题目：基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计目录摘要： (IV)ABSTRACT (V)第一章绪论 (1)1.1 课题背景概述 (1)1.2 WSN简介 (2)1.2.1 WSN体系结构 (2)1.2.2 WSN的协议栈结构 (4)1.2.3 WSN特点及其关键问题 (6)1.2 几种常用的无线通信技术 (7)1.3.1 蓝牙技术 (7)1.3.2 红外技术 (7)1.3.3 ZigBee技术 (8)1.3.4 Wi-Fi技术 (8)1.3.5 RFID技术 (8)1.3.6 HomeRF技术 (9)1.3.7 UWB技术 (9)1.3.8 几种无线通信技术对比 (9)1.4 本文结构组织 (10)1.5 本章小结 (11)第二章 ZigBee/IEEE802.15.4技术标准 (12)2.1 ZigBee/IEEE802.15.4技术概述 (12)2.2 ZigBee技术特点 (12)2.3 ZigBee技术的体系结构 (13)2.4 ZigBee技术的网络配置 (15)2.4.1 两种功能设备 (15)2.4.2 三种节点类型 (15)2.4.3 三种拓扑结构 (16)2.4.4 两种工作模式 (17)2.5 ZigBee组网 (17)2.5.1 基本通信原语 (17)2.5.2 ZigBee网络的组网 (18)2.5.2.1 网络管理服务 (18)2.5.2.2 数据传输服务 (20)2.6 ZigBee 路由 (21)2.6.1路由协议 (21)2.6.2 路由过程 (22)2.7本章小结 (23)第三章基于ZigBee的无线传感器网络的硬件设计 (24)3.1 ZigBee的几种实现方案 (25)3.2 CC2430芯片介绍 (26)3.2.1 CC2430芯片概述 (26)3.2.2 CC2430引脚功能介绍 (29)3.2.3 CC2430的增强型8051内核 (31)3.2.4 CC2430的射频部分 (32)3.2.5 CC2430的其它外围设备 (34)3.2.5.1 直接存取（DMA）控制器 (34)3.2.5.2 MAC定时器 (35)3.2.5.3 模数转换器（ADC） (35)3.2.5.4 温度传感器 (36)3.3 节点的控制和显示电路 (36)3.3.1 控制电路 (37)3.3.2 状态显示电路 (38)3.4 节点的接口电路 (39)3.4.1 USART接口（串行通信接口） (40)3.4.2 JTAG接口 (40)3.5 节点实图 (41)3.6 本章小结 (41)第四章基于ZigBee2006协议栈的无线传感器网络的软件设计 (43)4.1 Z-Stack (43)4.1.1 Z-Stack软件架构 (43)4.1.1.1 系统初始化 (44)4.1.1.2 操作系统的执行 (44)4.1.2 Z-Stack项目中的文件目录 (49)4.2 Z-Stack开发软件 (51)4.2.1 IAR EW8051集成开发环境 (51)4.2.2 ZigBee2006协议栈 (52)4.2.3 SmartRF Flash Programmer软件 (54)4.2.4 ZigBee协议分析仪软件Packet Sniffer (55)4.3 Z-Stack开发的一些基本概念 (55)4.4 实验测试 (60)4.4.1 开关灯控制实验 (60)4.4.1.1 功能描述 (60)4.4.1.2 实验程序 (61)4.4.1.3 实验操作及其结果 (65)4.4.2 温度传输实验 (66)4.4.2.1 功能描述 (66)4.4.2.2 实验程序 (67)4.4.2.3 实验操作及其结果 (73)4.5 本章小结 (76)第五章总结与展望 (77)5.1 无线传感器网络的应用设想 (77)5.2 总结与展望 (78)5.2.1 本文总结 (78)5.2.2 展望 (78)参考文献 (79)附录 (80)致谢 (89)基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计作者：闫彦含指导老师：何自立摘要：无线传感器网络是涉及多学科、知识高度集中、在当今国际上备受关注的前沿热点和研究领域。
4．无线传感器网络协议栈_无线传感器网络概论_[共3页]
![4．无线传感器网络协议栈_无线传感器网络概论_[共3页]](https://img.taocdn.com/s3/m/1ff1343b0975f46526d3e139.png)
第1章 绪论 9
网的平面结构下，信源可以通过多跳传输通道到达信宿。
当个别传输链路发生问题后，不会造成数据传输中断，节点可以自适应改变传输通道，传输可靠性很高。
基于链的线结构中，多跳链路可以经过同一个传感器节点，用户节点与链尾相连。
在无线传感器网络初始化时，基于链的线机构更易于实现，因此一般采用该种网络拓扑。
图1.4显示了传感器节点基于平面的拓扑结构。
图
1.3 基于簇的拓扑结构
图1.4 节点的平面拓扑结构
4．无线传感器网络协议栈
由于无线传感器网络节点资源有限，为了使节点能够高效地进行协同工作、拓扑管理和任务调度，在基于物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层的协议栈中融入了能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台，如图1.5所示。
第3章4无线传感器网络操作系统TinyOS
TinyOS 2.0的安装与调试
6．安装Graphviz 下载graphviz-1.10.exe文件，双击下载的 文件运行安装程序。 桌面上的cygwin.bat应修改为后来所建目 录里的cygwin.bat。双击即可运行，输入toscheck-env运行，出现如下信息：
$ tos-check-env Path: /opt/msp430/bin 。。。。。。 tos-check-env completed without error. 如上信息表明TinyOS基本安装成功，可以进行下一步的测试。
– 1）能在有限的资源上运行：要求执行模式允许在单一 的协议栈上运行； – 2）允许高度的并发性：要求执行模式能对事件作出快 速的直接响应； – 3）适应硬件升级：要求组件和执行模式能够应对硬件/ 软件的替换； – 4）支持多样化的应用程序：要求能够根据实际需要， 裁减操作系统的服务； – 5）鲁棒性强：要求通过组件间有限的交互渠道，就能 应对各种复杂情况； – 6）支持一系列平台：要求操作系统的服务具有可移植 性。 12
在Windows环境下面直接用winRAR解压即可， 双击解压后产生的文件夹中的setup.exe文件；
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TinyOS 2.0的安装与调试
平台交叉编译器用于将C代码交叉编译成硬件终端可以运 行的二进制文件。在编译TinyOS应用程序时，会产生针 对特定微控制器芯片的C代码和汇编代码，就需要有相应 平台的编译器支持。 3．安装Atmega 128单片机的AVR工具包和MSP430单 片机工具包 从上下载所需的rpm文件用如下命令 安装即可： cd /tmp rpm –ivh avr-binutils-2.15tinyos-3.cygwin.1386.rpm rpm –qa rpm –ivh avr-gcc-3.4.3-1.cygwin.i386.rpm rpm –ivh avr-libc-1.2.3-1.cygwin.i386.rpm rpm –ivh avaricc-2.4-1.cygwin.i386.rpm
无线传感器网络协议栈研究与设计-第5-6章
第5章协议栈的实现方案与测试环境测控无线网络协议栈是一种专用无线传感器网络协议栈。
目前该项目正处于设计和开发初期阶段，无线协议栈硬件平台尚未完善，协议栈的实现有一定的难度。
因此，本章将会给出协议栈各层的实现方案，并对部分已实现的功能进行测试，为后续项目开发提供参考。
5.1 协议栈总体实现方案第三章的3.2小节中曾提到汇聚节点可能会面临同时处理多任务的情况，因此加入任务管理平台有助于汇聚节点运行稳定。
对于协议栈的实现而言，选择一个合理的嵌入式操作系统，能使协议栈的搭建工作更容易，也减小了一定的开发难度。
本课题最终选择μC/OS -Ⅱ嵌入式操作系统作为协议栈的软件平台。
μC/OS -Ⅱ嵌入式操作系统是一种基于优先级的可抢占式实时内核，目前这个操作系统开源且免费，因此选择μC/OS -Ⅱ开发协议栈使开发成本更低。
环境测控无线网络协议栈由物理层、MAC层、网络层以及应用层组成，因此根据层次结构将协议栈划分为四个任务：PHY_TASK，MAC_TASK，NWK_TASK，APP_TASK。
根据文献[45]给出的协议栈实现思路，本文额外添加一个COORDINATOR_TASK（各层调节任务），这个任务用来实现协议各层参数的传递以及时序运转。
各个任务优先级根据单调速率调度RMS(Rate Monotonic Scheduling)制定，如表5.1所示。
优先级值越小表示任务执行的频率越高也越重要，将COORDINATOR_TASK 任务的优先级设置在其它层任务之下是为了在各层收到各自相应的邮箱信号后，直接获得C P U 的控制权，并在任务执行完成后直接将C P U 归还给COORDINATOR_TASK [45]。
COORDINATOR_TASK 运行的流程如图 5.1所示。
任务初始化读取当前协议栈的状态根据协议栈状态跳转到所对应的任务层将协议栈状态发送到相应的任务层邮箱中COORDINATOR_TASK 挂起COORDINATOR_TASK 就绪COORDINATOR_TASK 运行YN图5.1 COORDINATOR_TASK 运行的流程图μC/OS-Ⅱ需要规定各个任务的堆栈空间，堆栈空间的大小和任务代码中临时变量的数目有直接关系，由于课题正处于开发阶段，暂时给以上五个任务规定25个字节的堆栈空间。
无线传感器网络中的协议栈设计与优化研究
无线传感器网络中的协议栈设计与优化研究一、前言随着物联网的兴起，无线传感器网络成为了一个备受关注的领域。
无线传感器网络有着广泛的应用场景，如环境监测、车联网、智能建筑等。
在无线传感器网络中，协议栈的设计和优化是一个极其重要的问题，它直接影响了网络的性能、能耗和可靠性。
本篇文章将着重分析无线传感器网络中协议栈的设计与优化，探讨如何提高网络性能和节能优化的方法。
二、无线传感器网络协议栈概述无线传感器网络可以看作是一种特殊的Ad Hoc网络，由成千上万个传感器节点组成。
传感器节点通过短距离的无线通信连接组成了一个分布式的系统。
通常，一个典型的传感器节点由三个模块组成，分别为传感器单元、处理单元和通信单元。
其中，传感器单元用于对环境参数进行检测和采集，处理单元用于对传感器采集数据进行处理和分析，通信单元用于和其他节点进行通信，从而构建起整个网络。
协议栈在无线传感器网络中起至关重要的作用，它主要由四层构成，分别为物理层、数据链路层、网络层和应用层。
其中，物理层主要负责将数字信号转换成物理信号进行传输；数据链路层主要负责将序列化数据位组合成数据帧并进行数据传输和接收；网络层主要负责数据包的路由与转发；应用层主要负责网络的应用程序协议设计。
相较于传统网络协议栈，无线传感器网络协议栈对能量消耗和传输延迟有着较高的要求，因此需要更加精细地设计和优化。
三、无线传感器网络协议栈设计与优化1.物理层优化物理层主要用于将数字信号转化为物理信号进行传输，其作用在于将发射机发送的消息在信道上进行编码和调制，并在接收机侧解码和去模调，从而实现消息传输。
在无线传感器网络中，物理层设计的两个主要目标是减小传输延迟和降低发送功耗。
2.数据链路层优化数据链路层主要通过数据帧的传输和接收来保证数据的可靠性和正确性。
为了提高数据传输的效率和减小能量消耗，数据链路层的设计应该针对无线传感器网络的特殊需求进行优化。
3.网络层优化网络层主要负责数据包的路由和转发，从而实现节点之间的数据通信。
物联网中的无线传感器网络协议设计与优化
物联网中的无线传感器网络协议设计与优化随着物联网的快速发展，无线传感器网络作为其重要组成部分，正发挥着越来越重要的作用。
无线传感器网络通过将各类传感器节点连接在一起，实现了环境数据的采集与传输，为物联网提供了大量的实时数据。
然而，在无线传感器网络中，协议的设计与优化至关重要，直接关系到网络的稳定性、能源消耗以及数据传输的准确性等诸多方面。
本文将探讨物联网中的无线传感器网络协议设计与优化的相关内容。
一、无线传感器网络协议的基本原理无线传感器网络协议的设计与优化需要基于其基本原理。
无线传感器网络通常由大量的分散式传感器节点组成，节点之间通过无线信道进行信息交互。
协议的设计需要考虑到网络中节点的能源限制、通信的稳定性和延迟以及网络拓扑的动态变化等因素。
二、低能耗的协议设计与优化由于无线传感器网络中的节点通常由电池供电，能源消耗是一个重要的考虑因素。
因此，协议的设计需要注重降低能源消耗，延长网络的生命周期。
可通过以下几个方面进行优化：1. 睡眠与唤醒机制：在无传感器网络中，节点不需要时可以进入睡眠状态，以降低功耗。
同时，设计合理的唤醒机制可以确保在有需求时及时响应。
2. 数据压缩与聚合：通过在节点上进行数据压缩和聚合，可以减少数据传输量，从而降低能源消耗。
3. 自适应调整传输功率：根据节点之间的距离和环境条件等动态调整传输功率，可以减少能量的消耗。
三、网络稳定性的协议设计与优化在无线传感器网络中，网络的稳定性对于数据的准确性和可靠性起着至关重要的作用。
合理的协议设计可以提高网络的稳定性。
1. 路由协议的设计：合理的路由协议可以确保数据在网络中的有效传输。
常用的路由协议包括LEACH、LEACH-C和GRoup LEader-based Energy-aware Clustering等。
2. 容错机制的设计：无线传感器网络中的节点有可能由于能源耗尽或者其他原因导致离线，因此需要设计容错机制来应对节点的失效，以保持网络的稳定运行。
无线传感器网络动态路由协议的研究与设计
无线传感器网络动态路由协议的研究与设计第一章：绪论随着物联网技术的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）也逐渐成为了人们关注的焦点之一。
WSN 是由许多节点组成的网络，每个节点都能够运行独立的程序和采集环境数据的能力。
由于每个节点都有一定的计算和通信能力，形成了一个自组织、自动配置的网络。
因此，WSN 在许多领域有着广泛的应用，如环境监测、智能交通、医疗健康等。
WSN 的核心技术之一是路由协议，它决定了网络中数据如何传输。
路由协议可以根据网络的拓扑结构实现数据的传输和转发，并且能够根据网络的动态变化进行自适应的调整。
因此，路由协议的设计对于WSN 的性能和能力至关重要，也是无线传感器网络领域中的基础和瓶颈。
本研究旨在对无线传感器网络中的动态路由协议进行深入研究和设计，探讨其实现和优化方法，以提高WSN 的性能、降低能耗、增强网络的容错能力，为WSN 的广泛应用奠定基础。
第二章：相关技术与算法2.1 无线传感器网络2.1.1 WSN 的特点2.1.2 WSN 的应用场景2.1.3 WSN 的网络结构2.2 路由协议2.2.1 路由协议分类2.2.2 路由协议的四种基本方法2.2.3 路由协议的性能评估2.3 动态路由协议2.3.1 动态路由协议的概述2.3.2 动态路由协议的特点2.3.3 动态路由协议的分类2.3.4 常见动态路由协议的比较2.4 算法2.4.1 蚁群算法2.4.2 粒子群优化算法2.4.3 遗传算法第三章：动态路由协议设计与实现3.1 系统架构设计3.1.1 系统框图3.1.2 系统硬件设计3.1.3 系统软件设计3.2 路由协议设计3.2.1 路由协议的基本功能3.2.2 路由协议的设计方案3.2.3 路由协议的实现过程3.3 算法实现3.3.1 蚁群算法的实现3.3.2 粒子群优化算法的实现3.3.3 遗传算法的实现3.4 系统测试与分析3.4.1 实验平台与环境3.4.2 实验结果与分析3.4.3 系统性能评估第四章：总结与展望4.1 研究总结4.2 研究创新点4.3 研究不足与展望结论本文对无线传感器网络的动态路由协议进行了深入研究和设计，探讨了实现和优化方法，以提高WSN 的性能、降低能耗、增强网络的容错能力。
《无线传感器网络技术概论》课程标准
《无线传感器网络技术概论》课程标准无线传感器网络技术概论课程标准课程简介本课程旨在为学生提供有关无线传感器网络的技术基础知识，包括它们的设计、实现和应用。
学生将了解无线传感器网络的特点和应用领域，熟悉无线传感器网络的硬件和软件设计，并研究如何在实际问题中应用无线传感器网络。
研究目标本课程主要目标是让学生熟悉无线传感器网络技术的基本概念和应用，包括：- 理解无线传感器网络的特点、工作原理以及基本组成部分；- 熟悉无线传感器网络的硬件设计、软件设计和通信协议；- 掌握无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧；- 能够针对特定需求设计无线传感器网络应用，并具备实际应用能力。
课程内容第一章无线传感器网络的概述1.1 无线传感器网络的概念和特点1.2 无线传感器网络的应用领域1.3 无线传感器网络的组成部分第二章无线传感器网络的硬件设计2.1 无线传感器网络的节点2.2 无线传感器网络的传感器2.3 无线传感器网络的能量管理第三章无线传感器网络的软件设计3.1 无线传感器网络的操作系统3.2 无线传感器网络的编程语言3.3 无线传感器网络的仿真软件第四章无线传感器网络的通信协议4.1 无线传感器网络的协议栈4.2 无线传感器网络的MAC协议4.3 无线传感器网络的路由协议第五章无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧5.1 无线传感器网络应用的实验平台5.2 无线传感器网络应用的程序设计5.3 无线传感器网络应用的实际应用案例教学方式本课程采用课堂讲授、实验、讨论等多种教学方式，强调理论与实践相结合，注重学生的探究与实践能力培养。
考核方式学生的考核将包括课堂表现、实验报告、设计案例报告以及课程论文等形式。
其中，实验和设计部分的考核占主要比重。
参考书目- 《无线传感器网络技术》- 《无线传感器网络与物联网》- 《无线传感器网络的设计与实现》。
无线传感器网络(3)方案
3.2 ZigBee技术特点
（4）容量大
1个ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备， 1个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络，而且网 络组成灵活。
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3.2 ZigBee技术特点
（5）时延小
ZigBee技术与蓝牙技术的时延相比，其各项指标值都非常小 。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索 设备时延30ms，而蓝牙为3-10s。休眠激活的时延是15ms ， 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用 于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
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3.5 ZigBee应用层规范
( 1) 应用支持子层APS APS 层主要作用包括: 协议数据单元APDU 的 处理，APSDE 提供在同一个网络中的应用实 体之间的数据传输机制，APSME 提供多种服 务给应用对象，并维护管理对象的数据库。
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3.5 ZigBee应用层规范
( 2) 应用框架AF 在ZigBee应用中，应用框架AF( Application Fr amework)提供了两种标准服务类型
( 3) ZigBee 设备对象ZDO ZDO 实际上是介于应用层端点和应用支持子层 中间的端点，其主要功能集中在网络管理和维 护上。 应用层的端点可以通过ZDO 提供的功能来获取 网络或者是其他节点的信息，包括网络的拓扑 结构、其他节点的网络地址和状态以及其他节 点的类型和提供的服务等信息。
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3.6 ZigBee安全服务规范
键值对（key value pair，KVP）服务类型 报文（message，MSG）服务类型
KVP服务用于传输规范所定义的特殊数据，它定 义了属性、属性值以于KVP操作的命令
无线电传感器网络中的自适应协议设计与研究
无线电传感器网络中的自适应协议设计与研究第一章研究背景近年来，传感器网络技术快速发展，成为物联网的重要组成部分。
无线电传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由大量低功耗、小型化、无线通信的传感器节点组成，能够实时采集环境信息并进行处理。
WSN在工业控制、环境监测、医疗照护等领域得到了广泛应用。
WSN中的传感器节点由于受限于能源、计算和内存等资源的限制，需要设计高效的网络协议来提高网络性能和可靠性。
自适应协议是一种可以动态调整网络参数、优化网络性能的协议，能够提高网络效率、延长网络生命周期，是当前WSN研究的重要方向。
第二章相关工作2.1 传统协议以链路状态路由协议（Link State Routing，LSR）和基于距离向量的路由协议（Distance Vector Routing，DVR）为代表的传统协议在减小网络负载和提高性能方面取得了一定的成效，但在适应动态网络环境和抵抗攻击等方面存在不足。
2.2 自适应协议自适应协议因其灵活性和适应性，被广泛应用于WSN中。
主要包括贪心地带协议（Greedily Perimeter Stateless Routing，GPSR）、基于领域协议的路由协议（Distributed Sensor Domain Routing，DSDV）和分层路由协议（Hierarchical Routing Protocol，HRP）等。
自适应协议能够在动态网络环境下有效地保证网络性能和能源利用率。
第三章自适应协议设计3.1 协议目标自适应协议设计的目标是在充分利用资源的情况下提高网络性能，同时保证网络的可靠性和安全性。
在无线电传感器网络中，其特点是高度分散、大规模连接、资源受限，自适应协议需要充分考虑这些因素。
3.2 协议设计思路在设计自适应协议时，需结合网络拓扑、节点位置、传输质量、能量消耗等因素，动态调整网络参数，使网络能够适应不同的网络环境。
无线传感器网络路由协议的研究毕业论文
无线传感器网络路由协议的研究摘要与应用高度相关的无线传感器网络具有与传统网络不同的特点，因此传统路由协议不能有效地用于无线传感器网络。
本文分析了无线传感器网络的特点，着重研究了当前一些较为重要的路由协议的核心路由机制，并比较了这些路由协议的类别、特点和主要应用围，主要围绕其网络层协议中的能量感知路由协议进行深入分析，重点研究能量路由原理、能量多路径路由原理、基于树的能量有效路由协议以与新型集中式能量有效路由协议等，并通过对几种路由协议的分析和研究得出了一些有用的结论。
最后对无线传感器网络未来的研究策略与发展趋势进行了展望。
关键词：无线传感器网络 ,能量感知路由协议 ,路由机制 ,能量多路径路由Research on Routing Protocols inWireless Sensor NetworkAbstractWireless sensor networks，being different from traditional networks and highly dependent on applications，cannot adopt traditional protocols efficiently in its application of network routing．This paper describes the routing protocol characteristics of wireless sensor networks and presents the classification of complicated routing protocols standards. After key mechanisms of the existing representative routing protocols are analyzed, the comparison of the classifications，characteristics and application of different protocol are implemented．In this paper, the energy sensor routing protocol of network layer protocol are mostly analyzed and studied, which includes energy routing theory, energy multiplex paths routing theory, tree-energy routing and a centrality-energy routing .By comparing several kinds of routing protocol, some essential conclusion are drown. Finally，the important features of routing protocols possess are summarized and the future research strategies and trends are prospected.Keywords： wireless sensor network , energy sensor routing protocol , energy multiplex paths routing theory毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。
第3章ZigBee
MAC协议包括以下功能：
设备间无线链路的建立、维护和结束； 确认模式的帧传送与接收； 信道接入控制；
LLC子层的主要功能包括： 传输可靠性保障和控制； 数据包的分段与重组；
帧校验；
数据包的顺序传输。
预留时隙管理；
广播信息管理。
在ZigBee网络中传输的数据可分为3类: 周期性数据 ——如传感器中传递的数据，数据速率是根据不同的应用定义的； 间断性数据， ——如控制电灯开关时传输的数据，数据速率是由应用或外部激励定义
特性 工作频段
ZigBee
2.4 GHz、868 MHz 和915 MHz
蓝牙 2.4 GHz
扩频方式 调制方式 最高数据 传输速率
DSSS
BPSK/O-QPSK
250 kbps（2.4 GHz）、 40 kbps（915 MHz） 20 kbps（915 MHz
HFSS GFSK 1 Mbps
覆盖范围 栈容量 网络拓扑结构
5.安全层
为其提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件，并集成了IEEE 802.15.4标准的安全元素，用来保证MAC层帧的机密性、一致性和真 实性。
802.15.4在数据传输中提供了3级安全性。
ZigBee联盟也负责ZigBee产品的互通性测试与认证规格的制定。
3.2.2 ZigBee协议栈体系安全
本章章节
3.1 ZigBee技术概述 3.2 ZigBee协议栈 3.3 ZigBee组网技术 3.4 ZigBee路由协议分析 3.5 基于ZigBee的无线传感器网络 3.6 ZigBee的应用
3.1 ZigBee技术概述
3.1.1 发展概述
2000年12月 成立了IEEE 802.15.4工作组
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第3章 低功耗无线传感器网络协议栈整体设计
本章的目标是对低功耗环境测控网络协议栈进行整体设计。
首先对环境测控系统进行需求分析明确其适用场景和网络设备类型；然后，根据需求分析确定协议栈的设计目标，并选择适合的网络拓扑结构和协议栈的分层架构。
协议栈的网络层和MAC 层将作为本章的设计的重点。
3.1 网络需求分析
3.1.1 应用场景介绍
本课题来源于研究生校企合作项目，所设计的低功耗无线传感器协议栈主要应用于环境测控系统中。
该系统长期无人值守，其温度、湿度等环境参数由连接无线节点的传感器实时采集并上传至汇聚节点，汇聚节点再通过有线的方式传输至面向用户的管理终端。
多个子系统采集的数据最后由各自的管理终端传送至云端处理中心进行数据的保存，整个系统框图如图3.1所示。
云端处理中心
二级中继
汇聚节点
图3.1 环境测控系统框图
图中的环境测控无线网络是执行数据采集和设备控制的主体，也是协议栈发挥作用的区域。
一个环境测控无线网络负责一个区域，区域之间有一定的距离，
因此无线网络之间不存在干扰，但无线网络的运行方式一致。
该项目处于初期开发阶段，所以本文设计的协议栈只应用于单个环境测控无线网络中。
该课题所涉及的环境测控系统处于室内，人员进出频率低。
网络中节点数不超过65个，包含一个汇聚节点。
点对点通信的距离要求达到20米。
传感器节点以10秒为周期采集并发送环境数据。
考虑到室内可能会出现一些特殊设备、隔断等障碍影响通信距离，并使得部分节点处于屏蔽的位置，因此网络通过设置中继节点来扩展通信距离，经过中继后的通信距离要求60米及以上。
由于成本等原因，课题设定数据包最多经过两级中继传递，每级中继最多4个，中继数量不超过8个。
同时，系统中存在少量控制节点，控制节点连接室内的控温设备来调节室内温度。
控制节点由工作人员从软件端下达命令进行开关，因此不具备周期性。
该课题要求除汇聚节点、中继节点之外的所有节点能在1000mA/h电池的支持下工作一年以上。
为保证数据采集的有效性和传输的可靠性，该课题要求多节点共享信道的丢包率在5%以内。
此外，由于环境的特殊性，人员不能随时到场，还要求该环境测控网络中的节点具有安装简单、组网快速、配置容易的特点。
以上需求总结如表3.1所示。
表3.1 环境测控系统需求指标
表3.1明确了该环境测控无线网络的要求。
通过需求指标能使协议栈的设计更有约束性，设计方向也会更加明确。
3.1.2 网络设备
节点是构成网络的基本要素，本文设计的环境测控无线网络中存在四种节点：汇聚节点、中继节点、传感器节点、控制节点。
这四种节点分别承担不同的网络任务，按照网络协议相互协作，共同完成环境测控无线网络的功能。
在网络中四种节点都是由MSP430+CC1100组成的硬件平台搭建，其功能特点如表3.2所示。
传感器节点和控制节点在网络中处于底层位置，是数量最多的网络设备，在本文中将这两种节点统称为终端节点。
3.2 协议栈整体架构设计
3.2.1 协议栈设计要求
根据需求分析可知：大部分节点都需要采用电池供电，并对部分节点有周期性工作的要求。
要实现这样的环境测控无线网络需要硬件和软件的双重支持。
本文主要从协议栈角度出发对环境测控无线网络协议栈进行设计，该网络的设计要求有以下八点。
1.合理的网络拓扑支持网络中各种设备。
2.数据汇聚网络，即网络传输以多对一传输为主。
3.可靠的应答传输，尽可能短的数据包和简单的校验方式。
4.每个节点唯一的网络地址。
5.不同的工作模式：无线数据收发模式(TRX Mode)、控制节点具有的无线唤醒模式(WOR Mode)、控制和传感器节点具备的休眠模式(SLEEP Mode)。