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IEEE802.15.4标准为ZigBee技术制定介质访问控制(MAC)协议和物理层(PHY)规范。IEEE802.15.4协议以其低成本、低能耗、低速率、低复杂度、组网灵活等特点适合作为无线传感器网络的底层协议。因此,基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络逐渐成为传感器网络领域研究和应用的新热点。
针对短距离多跳网络中移动节点的定位,本文设计一种轮询通信机制以满足移动节点的实时信息采集需求。在实际应用中,轮询周期的影响因素众多,例如拓扑结构、节点规模等。本文在NS2仿真平台下,完成了轮询协议的设计与实现,并通过场景测试,统计了轮询周期随路由跳数及节点个数变化的情况。针对轮询周期随路由跳数增多而变大的测试结果,提出了由两种射频能力节点混合使用的拓扑分布方案,成功缩短了轮询周期。本文主要工作如下:
(1)调研无线传感器网络当前的应用背景及热点课题。深入研究了IEEE802.15.4标准的物理层和MAC层协议,研究了ZigBee协议栈及其网络层功能。
(2)学习NS2仿真平台的原理、结构、模拟方法和无线模拟相关指令。研究NS2最新提供的IEEE802.15.4模块使用方法。
(3)设计了一种适用于IEEE802.15.4 WSN的轮询通信机制并在NS2中实现。阐述这种通信机制的功能设计和不同节点模型。在NS2仿真平台中创建应用层代码实现轮询机制功能。并对原有NS2平台进行修改,使仿真通信过程符合实际ZigBee系统的通信机制。
(4)设计不同拓扑结构和节点数量的场景测试轮询周期。提出由两种射频能力节点共同使用的混合节点模型,成功降低了路由跳数增加导致的轮询周期增幅。设计不同实验测试单一节点模式与采用混合节点模型的通信性能参数对比,为实际通信系统节点的布置提供指导。轮询机制和混合模型已被EZ-tracer定位系统采用。