發(fā)布時間：2016-10-09 18:22

  本文關鍵詞：ZigBee無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)開發(fā)與節(jié)能技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北方工業(yè)大學》 2014年

ZigBee無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)開發(fā)與節(jié)能技術研究

宋紅霞  

【摘要】：集合傳感技術、網(wǎng)絡與通信技術、計算技術三大技術于一身的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡,具有低功耗、低成本、自組織以及分布式等諸多優(yōu)點,未來將在工業(yè)現(xiàn)場、家居環(huán)境、智能交通、醫(yī)療以及軍事等諸多領域有廣泛應用。 以車間等工業(yè)現(xiàn)場為例,要實現(xiàn)儀表之間的無線組網(wǎng)、通信以及上位機管理等,對于無線傳感網(wǎng)絡的要求,較其常規(guī)大型組網(wǎng)應用有一定區(qū)別。第一、車間等場所儀表數(shù)量較少,所以與儀表連接的zigbee節(jié)點數(shù)量也較少；第二、必須保證節(jié)點的健壯性,否則節(jié)點失效導致與節(jié)點連接的儀表無法正常進行通信；第三、對于手持儀表設備,由于距離不斷變化,網(wǎng)絡也更加不穩(wěn)定,頻繁變化,不利于儀表的正常通信,因此必須對儀表的運動距離加以限制；第四、鄰近車間不同的zigbee網(wǎng)絡之間不能相互干擾,而且節(jié)點要能實現(xiàn)既能加入指定網(wǎng)絡又能在不同網(wǎng)絡(或者不通車間)之間自由切換。第五、部分儀表有大數(shù)據(jù)文件的傳輸需求。第六、某些情況下,儀表或車間需要遠程管理和訪問。針對以上問題,本文基于Z-STACK協(xié)議棧對無線傳感網(wǎng)絡在特殊場合的應用進行研究,并重點解決了上述問題。開發(fā)了網(wǎng)絡維護、在線節(jié)點查詢、配置PANID和信道、重啟單個設備或整個網(wǎng)絡、查詢節(jié)點的配置參數(shù)信息以及恢復出廠化設置等功能,對傳統(tǒng)ZigBee設備不支持大數(shù)據(jù)量傳輸進行改進。使無線通信系統(tǒng)功能更加完善,在一定程度上具有通用性,有利于ZigBee無線通信技術進一步推廣應用。 傳統(tǒng)的時鐘同步算法具有通信信息開銷大以及同步時鐘誤差較大等缺點。本文提出了一種新穎的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)能算法——基于ZigBee-WIFI協(xié)同方式的時鐘同步機制。zigbee無線傳感節(jié)點可以通過內置的接收信號強度寄存器(RSSI),感知同一頻段下WiFi周期性發(fā)送的信標幀,并用其作為參考時鐘,通過補償校正本地的時鐘。此方法校正后時鐘同步精度并不理想。在此基礎上提出了一種基于狀態(tài)空間的時鐘模型,采用卡爾曼濾波器和離散線性定常系統(tǒng)的二次型最優(yōu)控制校正算法(DLQR)跟蹤和校正狀態(tài)變量,獲得很好的時鐘校正精度。最后分析了時鐘同步誤差與校正周期的關系,綜合多方面因素,得出基于ZigBee-WIFI協(xié)同方式進行的時鐘同步機制使ZigBee網(wǎng)絡節(jié)能效果顯著提高。 本系統(tǒng)已應用于時代集團車間的儀表組網(wǎng),性能較穩(wěn)定。基于ZigBee-WIFI協(xié)同方式的時鐘同步機制實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡高效節(jié)能,同時能達到很好的時鐘同步精度,目前處于算法仿真階段,還沒應用于實際系統(tǒng)中。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN92
【目錄】：

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本文編號：135222