基于實時操作系統(tǒng)的ZigBee協(xié)議MAC與網絡層研究與實現(xiàn).pdf

1、ZigBee是近幾年迅速發(fā)展起來的一項具有低功耗、低成本、低傳輸速率特點的無線傳感網絡(Wireless Sensor Network,簡稱WSN)通訊協(xié)議,非常適用于目前迫切需要發(fā)展的智能家居、智能農業(yè)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等領域。目前WSN各應用領域的飛速發(fā)展對通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、吞吐量、通訊實時性等基本性能都提出了更高的要求。其中,協(xié)議的實時響應時間直接影響著通訊協(xié)議棧所能達到的最大數(shù)據(jù)發(fā)送頻率,這在很大程度上也就決定了WSN的通訊

2、性能,制約著ZigBee協(xié)議在一些對通訊實時性要求較高的領域的發(fā)展。
　　 目前世界上主流的ZigBee協(xié)議棧,要么沒有采用操作系統(tǒng)(如Microchip Stack),導致代碼凌亂、效率低下;要么采用的操作系統(tǒng)只是簡單的實現(xiàn)了多任務調度并不是實時的(如TI Z-Stack),從而嚴重影響了協(xié)議棧的實時性、吞吐量,并且因為源代碼不公開無法對其進行改進。本文將從FreeRTOS實時操作系統(tǒng)入手,系統(tǒng)的闡述針對WSN的工作特點對操作

3、系統(tǒng)內存管理和時間片進行的改進,并首次在該改進的FreeRTOS實時操作系統(tǒng)上獨立實現(xiàn)了ZigBee的MAC層和網絡層協(xié)議棧。通過對協(xié)議棧的實驗及性能分析證明該協(xié)議棧在實時性、吞吐量方面有了顯著提高,并且在低功耗、可靠性等方面表現(xiàn)優(yōu)秀,真正地從實際應用角度開發(fā)出了適合工業(yè)應用的ZigBee協(xié)議棧。
　　 本文主要工作內容如下:
　　 Ⅰ.通訊協(xié)議實現(xiàn)的硬件平臺搭建。
　　 本文以MSP430F5438單片機和CC

4、2420射頻芯片為主要模塊,為ZigBee協(xié)議的實現(xiàn)搭建了穩(wěn)定的硬件工作平臺。
　　 Ⅱ.實時操作系統(tǒng)。
　　 選用開源且免費的FreeRTOS實時操作系統(tǒng)為母本,將經過統(tǒng)一內存管理與變時間片技術改進過的實時操作系統(tǒng)應用到ZigBee協(xié)議中去,為提高通訊協(xié)議的實時性、降低功耗打下基礎。
　　 Ⅲ.ZigBee協(xié)議的MAC層實現(xiàn)。
　　 利用Cygwin、IAR Embedded Workbench開發(fā)平臺