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分布式測控網(wǎng)絡(luò)中無線傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用(可編輯)分布式測控網(wǎng)絡(luò)中無線傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用山東大學(xué)碩士學(xué)位論文分布式測控網(wǎng)絡(luò)中無線傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用姓名:侯正帥申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師:陳曙20090507山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著政府推進(jìn)信息化工作的開展,越來越多的信息化系統(tǒng)應(yīng)用于各個與供水部門相關(guān)的單位,傳統(tǒng)抄表數(shù)據(jù)實時性差、準(zhǔn)確率低的缺點顯得越來越突出,這種傳統(tǒng)的抄表模式已經(jīng)成為用水管理部門信息化的瓶頸。如何保證用戶用水?dāng)?shù)據(jù)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的送到相關(guān)部門數(shù)據(jù)庫,為管理部門制定政策提供依據(jù),且能最大限度的減少抄表所需要的人力、物力代價,已經(jīng)成為一個急待解決的問題。本文在對現(xiàn)有的人工、有線、無線抄表模式進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,提出了一種利用無線傳輸技術(shù)進(jìn)行無線抄表的解決方案;在對網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計并實現(xiàn)一個基于的無線水表集抄系統(tǒng),它能夠滿足多種抄表模式要求,實現(xiàn)無線抄表功能。設(shè)計一個無線抄表系統(tǒng)必然涉及到硬件平臺以及軟件系統(tǒng),其中硬件平臺包括芯片的選擇以及硬件電路的設(shè)計,軟件系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的軟件設(shè)計和上位機(jī)軟件設(shè)計包括數(shù)據(jù)庫模塊和前端管理界面。其中,如何定義符合標(biāo)準(zhǔn)的,如何設(shè)計滿足要求的網(wǎng)絡(luò)抄表方案及論證該方案的可行性,是本文的主要工作。如何定義上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互的幀格式、數(shù)據(jù)交互模式,如何設(shè)計整個系統(tǒng)的框架也是本文的工作。本系統(tǒng)能夠自動發(fā)起網(wǎng)絡(luò),自動進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù),實時準(zhǔn)確的把采集到的水表數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī),上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)提交給市政用水管理部門,當(dāng)市政用水部門需要對某些水表進(jìn)行管理時,命令還可以經(jīng)由上位機(jī)傳達(dá)到網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點進(jìn)而控制各個水表,例如要求對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)采集等。關(guān)鍵詞:無線抄表;;;上位機(jī)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,.’?,,.’,’,,,’.,,,;,.,,’’;,,..,,,.,,山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,,,.:;;;山東大學(xué)碩士學(xué)位論文符號說明服務(wù)質(zhì)量精簡功能設(shè)備全功能設(shè)備直接序列展頻??跳頻擴(kuò)頻射頻微控制單元??載波監(jiān)聽多路訪問服務(wù)接入點訪問控制列表信息完整碼高級加密標(biāo)準(zhǔn)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名:?辮日期:?彳一上。爭關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱;本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定期::畔新硌膨山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論.項目背景黨的十六大提出了“信息化帶動工業(yè)化,工業(yè)化促進(jìn)信息化’’的戰(zhàn)略指導(dǎo)方針。于是,信息化建設(shè)進(jìn)入前所未有的高潮。在這種大形勢下,國內(nèi)供水部門紛紛展開了信息化建設(shè)工作。與此同時,居民對生活的安全性、快捷性也提出了更高的要求,這就迫使房地產(chǎn)商、物業(yè)管理部門加快信息傳輸?shù)闹悄芑?、?shù)字化建設(shè)的步伐。現(xiàn)在市政供水部門和用水管理部門都有了自己的信息化管理系統(tǒng),居民可以在相關(guān)的部門非常方便的查詢到自己的用水情況。用水交費(fèi)管理也有了較大進(jìn)步,有的地方用戶可以用磁卡來刷卡交費(fèi),也可以直接在個人賬戶充值交費(fèi),在交費(fèi)管理這一塊也越來越信息化。從上面的分析可以看到整個用水的信息化建設(shè)這一塊瓶頸出現(xiàn)在了水表數(shù)據(jù)的集抄上,這么多年雖然產(chǎn)生過一些新的抄表方式詳見本章第二節(jié)介紹,但是在抄表方式上還是以人工抄表為主。人工抄表不僅需要花費(fèi)大量的人力,更重要的是由于是人工抄錄,抄表數(shù)據(jù)不能保證及時、準(zhǔn)確,在用水管理部門的數(shù)據(jù)庫中,最新用水量數(shù)據(jù)可能是幾天前甚至是十幾天前的數(shù)據(jù),而且這些數(shù)據(jù)由于是人工抄錄,不免有錯誤和遺漏:另外一個原因是隨著社會的發(fā)展,城市高層建筑的普及,傳統(tǒng)水表的操作給抄表人員帶來越來越多的麻煩。綜合考慮了以上出現(xiàn)的問題,可以看出,傳統(tǒng)的人工抄表模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前信息化發(fā)展的要求,如何采用當(dāng)前新興的各種無線傳輸技術(shù)設(shè)計出一種新的抄表模式,引起了許多人的關(guān)注。本項目為山東三龍實業(yè)有限公司和山東大學(xué)合作項目.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀依據(jù)通信媒介的不同現(xiàn)在的自動抄表系統(tǒng)大致可分為有線自動抄表系統(tǒng)和無線自動抄表系統(tǒng)。傳統(tǒng)的有線自動抄表系統(tǒng)需要布線,許多小區(qū)布線難度很大或根本不允許布線,且布線的成本費(fèi)用不菲,限制了有線自動抄表系統(tǒng)的推廣和應(yīng)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文用;而無線自動抄表方式采用先進(jìn)的無線通信技術(shù),實現(xiàn)集中抄表,相對于有線自動抄表系統(tǒng)有著先天的優(yōu)勢。在有線和無線抄表的發(fā)展過程中,主要有以下幾種典型的方案:有線自動抄表系統(tǒng)【】【分線制集中抄表:每戶的水表單獨(dú)出線連接至數(shù)據(jù)采集器,然后由數(shù)據(jù)采集器統(tǒng)一收集與處理數(shù)據(jù)。分線制自動抄表系統(tǒng)在普通水表的基礎(chǔ)上加裝傳感器件,將機(jī)械式讀數(shù)信號轉(zhuǎn)換成電信號后傳送出去,再由數(shù)據(jù)采集器定時順序采集來自多路分線連接的水表信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲、故障記錄等。各數(shù)據(jù)采集器可通過串口或紅外接口單獨(dú)與手持抄表器通信;也可采用總線連接至單元管理機(jī),再由單元管理機(jī)與手持抄表器通信進(jìn)行批量數(shù)據(jù)的抄錄??偩€制集中抄表:總線制自動抄表系統(tǒng)中使用的水表是一種智能水表,水表本身具有數(shù)據(jù)計量和處理功能,多個水表通過同一條數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳送至中心計算機(jī)。每戶的水表通過一條總線掛接。手持抄表器或計算機(jī)與智能水表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,讀取水表數(shù)據(jù)后進(jìn)行計算。以上兩種方式都屬于有線方式,都屬于基于總線的通信方式,總線方式抄表結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn),通信可靠性高。但缺點是都需要鋪設(shè)專門的通信電纜,存在布線的問題,使得安裝尤其改裝任務(wù)繁重,也存在許多隱患:短路、斷路等錯綜復(fù)雜的線路更使得維護(hù)工作困難重重,安裝以及維護(hù)成本全部上升。最主要的一點是總線節(jié)點數(shù)受限,不適于大規(guī)模的集中抄表【】。無線智能水表無線智能水表不僅具有進(jìn)行數(shù)據(jù)計量和處理的功能,無線通訊模塊還可以對數(shù)據(jù)通過無線方式實現(xiàn)接收和發(fā)送。此類水表無需鋪設(shè)線路,維護(hù)與安裝方便,大多數(shù)使用國際標(biāo)準(zhǔn)業(yè)余無線頻率和自制的專用通信協(xié)議。但由于單表加裝無線收發(fā)裝置,成本相應(yīng)提高,并且經(jīng)常需要更換電池,更因為有些標(biāo)準(zhǔn)占用收費(fèi)的無線頻點,還需交納一定的租金和管理費(fèi);此外存在數(shù)據(jù)通信的安全問題,所以目前家用水表市場上應(yīng)用很少。電力載波抄表是無線智能抄表常見的一種形式【】。通過上面的介紹可以看見限制無線技術(shù)在智能抄表系統(tǒng)中應(yīng)用的主要原因是成本方山東大學(xué)碩士學(xué)位論文面的考慮,如果能把改裝水表的成本包括運(yùn)行成本降低到居民可以接收的程度,無線抄表將會有更廣闊的市場。隨著技術(shù)的出現(xiàn),低功耗,低成本的特點彌補(bǔ)了上述無線智能水表中的缺陷,因此把技術(shù)應(yīng)用在無線抄表領(lǐng)域已經(jīng)越來越引起國內(nèi)外的關(guān)注,一些關(guān)于無線抄表的論文和方案在國內(nèi)外的雜志和會議上發(fā)表,但是這些方案都只是基于某種單片機(jī)簡單的實現(xiàn)了的組網(wǎng)功能,其所依賴的協(xié)議棧大多并沒有完全實現(xiàn)聯(lián)盟制定的規(guī)范,不符合標(biāo)準(zhǔn),不能完全發(fā)揮技術(shù)在無線測控領(lǐng)域的優(yōu)點,因此這些方案其實還是不是很成熟。例如公司現(xiàn)在推出的協(xié)議棧對于技術(shù)規(guī)定的部分安全規(guī)范并沒有得到實現(xiàn)【?】,這種協(xié)議棧用在抄表系統(tǒng)會有很大的隱患。基于對水表實際應(yīng)用場合的考察和分析,并結(jié)合當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r,我們提出了采用協(xié)議棧來實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)低成本、可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程水表管理網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議棧嚴(yán)格遵循的規(guī)范,該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程抄表功能,并可在該結(jié)構(gòu)上方便擴(kuò)展如用水異常信息報警、線損分析等功能。.論文安排本文結(jié)合對規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的研究,設(shè)計符合項目要求的抄表方案;結(jié)合項目采用的芯片及協(xié)議棧,實現(xiàn)該方案的軟件功能;并對該方案迸行測試和分析,論證方案的可行性;搭建了整個抄表系統(tǒng)的框架,對下位機(jī)和上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換模式進(jìn)行研究,設(shè)計數(shù)據(jù)交互的幀格式。設(shè)計小區(qū)管理中心上位機(jī)用戶管理系統(tǒng)。本論文的主要章節(jié)內(nèi)容安排如下:第一章為緒論,討論了項目背景意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和本文的主要研究目標(biāo)和論文安排。第二章簡單介紹了什么是技術(shù),技術(shù)的特點以及協(xié)議棧的層次架構(gòu),對物理層和層做了簡單的論述,主要對網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層進(jìn)行了研究。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章為系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計,提出了基于技術(shù)和技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)的整體框架設(shè)計和各個模塊的概要設(shè)計。第四章為智能水表網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計與實現(xiàn),制訂了符合規(guī)范的無線抄表的;設(shè)計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)點,路由器,終端節(jié)點三種不同設(shè)備的軟件功能。第五章為上位機(jī)功能機(jī)軟件的實現(xiàn),介紹了上位機(jī)在整個系統(tǒng)中的作用,設(shè)計并實現(xiàn)了上位機(jī)的軟件功能。第六章為系統(tǒng)的實現(xiàn)和結(jié)果分析,實驗搭建整個系統(tǒng)并對系統(tǒng)中的通信狀況進(jìn)行分析,證明項目設(shè)計的可行性。第七章對本文的工作進(jìn)行了總結(jié),指出了存在的不足,并對下一步工作進(jìn)行了展望。最后是參考文獻(xiàn)和致謝。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章技術(shù)研究近年來,技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注,它是一種得到迅速發(fā)展和受到普遍重視的新型無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),它的出現(xiàn)和發(fā)展對現(xiàn)代無線通信技術(shù)產(chǎn)生了極其深刻的影響。本章比較詳細(xì)地介紹了技術(shù)的由來、特點、協(xié)議棧的框架。.技術(shù)..技術(shù)由來在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中,人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點,但仍存在許多缺陷。對傳感和測控領(lǐng)域而言,藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜,功耗大,距離近,組網(wǎng)規(guī)模太小等。類似的,現(xiàn)存的其他無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議當(dāng)應(yīng)用到傳感和測控領(lǐng)域時也顯出了這樣或那樣的問題。傳感和測控設(shè)備的通信不需要很高的帶寬,但對反應(yīng)時間和能耗以及成本比較敏感,并且網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目龐大【?;谏鲜鲈?許多的無線設(shè)備生產(chǎn)者已開始致力于解決無線網(wǎng)絡(luò)的問題,出現(xiàn)了許多的通信協(xié)議,但這些協(xié)議都并不能完全適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求。而協(xié)議以其特有的特點,為無線網(wǎng)絡(luò)中傳感和控制設(shè)備之間的通信提供了一個極好的解決方法。技術(shù)是聯(lián)盟制定的一種無線通信技術(shù),被業(yè)界認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在工控場合的無線傳輸方式。..各種無線協(xié)議的比較表.為技術(shù)與現(xiàn)存的幾種無線網(wǎng)絡(luò)的對比,包括了應(yīng)用的范圍,協(xié)議棧所占系統(tǒng)的資源,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小,傳輸距離、帶寬以及電池的壽命。通過表中的比較,像和這樣的標(biāo)準(zhǔn)是不適合用于低功率嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的,這是因為這些標(biāo)準(zhǔn)都需要較高的節(jié)點成本及復(fù)雜且耗電的芯片和協(xié)議。而卻是唯一一個明確定位于低速率傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的標(biāo)準(zhǔn),它滿足如下無線測控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求:、需要大量節(jié)點、傳感器的無線解決方案;山東大學(xué)碩士學(xué)位論文、極低的系統(tǒng)、節(jié)點成本:使用廉價的電池就可工作數(shù)年,這需要極低功耗的芯片和協(xié)議;節(jié)點間的鏈路必須安全可靠;、網(wǎng)絡(luò)必須易于配置;、傳感器節(jié)點所發(fā)出的信息總量有限,因此所需通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率也處于較低或中等水平;、低占空比的定期發(fā)送或間歇性發(fā)送低功耗是該網(wǎng)絡(luò)通信的特點,傳感器節(jié)點通常會保持長時間的休眠狀態(tài);./市場標(biāo)準(zhǔn)名/.....應(yīng)用重點廣闊范圍,,圖電纜替代品監(jiān)測控制聲音數(shù)據(jù)像一系統(tǒng)資源/網(wǎng)絡(luò)大小節(jié)點數(shù)..傳輸距離不限~米米..帶寬/啦電池壽命至.至至天成功尺度覆蓋面大,質(zhì)量速度快,靈活價格便宜,方可靠,低功好便耗,價格便宜表?與幾種無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的比較針對各種無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的領(lǐng)域的不同,下面主要通過比較與技術(shù)的特點來闡述為什么在無線抄表領(lǐng)域選擇技術(shù)。適合于?網(wǎng)絡(luò)多跳無線網(wǎng)絡(luò),可以取代電纜,而且手機(jī)的無線手持解決方案需要傳輸中等大小的圖形/圖片和文件,適用于傳輸或下載大數(shù)據(jù)量的文件,而適用于傳輸以靜態(tài)為主,節(jié)點繁多,但每個節(jié)點僅需以較低的占空比發(fā)射有限數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。在技術(shù)指標(biāo)上,藍(lán)牙當(dāng)初的定位是所謂“的技術(shù),與之相山東大學(xué)碩士學(xué)位論文應(yīng)的平臺則己有高計算性能和高資料量需求的或高級手機(jī)為主。所以在無線芯片的設(shè)計上門檻較高,通信速率也較高,以滿足人類的通信需求。所以藍(lán)牙技術(shù)當(dāng)初對語音以及連接的要求是列為第一優(yōu)先的。而所想要切入的市場是所謂的應(yīng)用,運(yùn)用通信技術(shù)的僅僅是一顆美元至美元的位。技術(shù)所需要傳輸?shù)馁Y料量或速率,相對藍(lán)牙的目標(biāo)來得低,協(xié)議也相對簡單。這樣一種設(shè)計理念,對整個貯產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生了一個加速的作用:從芯片設(shè)計周期、通信協(xié)議固件的開發(fā)一直到產(chǎn)品整合及應(yīng)用,各個產(chǎn)業(yè)都以更快的速度、更好的品質(zhì)展開起來。的優(yōu)勢,一般業(yè)界的分析不外乎是能耗、所需資源及靈活組網(wǎng)和自適應(yīng)路由功能等,這幾項優(yōu)勢若是單一地和藍(lán)牙相比較起來,都只能說是相對優(yōu)勢,不算什么石破天驚的突破。單一方向作比較,都沒有非用不行的理由,但是一旦許多小的優(yōu)勢匯集在一起之后,又能以很實惠的價格提供給市場客戶,那這個解決方案的優(yōu)越性就很明顯了【】??芍С?jǐn)?shù)百節(jié)點的大規(guī)模應(yīng)用,而藍(lán)牙則只能支持八節(jié)。適用于廣泛區(qū)域的網(wǎng)絡(luò),因節(jié)能組成無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以互相傳送數(shù)據(jù),所以應(yīng)用范圍可伸延至數(shù)百、甚至數(shù)千米;而藍(lán)牙則只為十至一百米范圍內(nèi)的短程網(wǎng)絡(luò)而設(shè)。就制造成本而言,芯片現(xiàn)在遠(yuǎn)比藍(lán)牙芯片為便宜。:中等的任務(wù)周期,次要的電池能耗考慮電池持續(xù)時間和控制單元相同,半靜態(tài)星型網(wǎng)絡(luò)接近個節(jié)點,主要針對需要中等數(shù)據(jù)傳輸率,高,以及低反應(yīng)時間的無線網(wǎng)絡(luò)。:非常低的任務(wù)周期,很長的電池壽命,靜態(tài)及動態(tài)的星型及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可以有非常多的節(jié)點單元最多約個,在沒有網(wǎng)絡(luò)問通信時能夠保持長時間靜止?fàn)顟B(tài)。.技術(shù)的特點技術(shù)的主要特點包括以下幾個部分四:?數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有字節(jié)/秒到字節(jié)/秒,專注于低傳輸應(yīng)用。?功耗低。在低功耗待機(jī)模式下,兩節(jié)普通號干電池可使用亂個月。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文?成本低。數(shù)據(jù)傳輸速率低,協(xié)議簡單,所以大大降低了成本。奪網(wǎng)絡(luò)容量大。網(wǎng)絡(luò)最多可容納個設(shè)備。?時延短。典型搜索設(shè)備時延為,休眠激活時延為,活動設(shè)備信道接入時延為。?數(shù)據(jù)安全。提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,加密算法采用.,同時可以靈活確定其安全屬性。?網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng),通信可靠。?工作頻段靈活。使用的頻段分別為.,歐洲及美國,均為免執(zhí)照頻段。由于節(jié)點工作時通常是干電池供電,因此采取一些降低能耗的技術(shù)在項目中是值得探討的。由于應(yīng)用的低帶寬要求,節(jié)點可以在大部分時間內(nèi)休眠,以節(jié)省電池能量,然后蘇醒并迅速發(fā)送數(shù)據(jù),然后再去休眠??梢栽诤撩牖蚋痰臅r間內(nèi)由休眠模式進(jìn)入活動模式,因此即使休眠的節(jié)點也可以取得合適的低時延。在實際應(yīng)用中根據(jù)數(shù)據(jù)采集時間的周期的設(shè)定還可以在應(yīng)用級別增加節(jié)點休眠的時間從而來達(dá)到更節(jié)能的目的。節(jié)省的大部分能量歸功于..技術(shù),其本身就是為低功率而設(shè)計的。例如,..采用直接序列展頻技術(shù)取代跳頻擴(kuò)頻,因為后者為保持同步跳頻會消耗較多的功率。為了盡可能多地節(jié)省能量,采用一種“準(zhǔn)備好才發(fā)送一的通信策略,它只在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才發(fā)送數(shù)據(jù),然后再等待自動確認(rèn)?!皽?zhǔn)備好才發(fā)送’’是一種“面對面’’式的方案,是一種能量效率非常高的方案。而且,這種“面對面式策略導(dǎo)致干擾非常低,這主要是由于節(jié)點具有非常低的占空因數(shù),只偶爾發(fā)射信號且只發(fā)送小量的數(shù)據(jù)。不過,的“準(zhǔn)備好才發(fā)送’’方案并不是萬能的。例如,在一條由成千上萬個微型傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中,這種方案節(jié)省的能量可能仍不夠用。由于每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都定期發(fā)送數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)必須經(jīng)過附近其他網(wǎng)格式分布的節(jié)點多次反復(fù)傳送才能到達(dá)網(wǎng)絡(luò)控制器,大量的數(shù)據(jù)包沖突和重復(fù)傳送會浪費(fèi)能量,大大縮短傳感器節(jié)點的電池壽命。因此在實際的應(yīng)用過程中,網(wǎng)絡(luò)的路由深度應(yīng)該盡量控制在小于級以內(nèi)。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.通過減少對相關(guān)處理的需要來進(jìn)一步節(jié)省能量。一個簡單的位處理器就可以輕松地完成的任務(wù),而且協(xié)議棧占用很少的內(nèi)存。例如,協(xié)議棧需要占用大約內(nèi)存,一個功能更強(qiáng)的而一個精簡功能設(shè)備協(xié)議棧只需要內(nèi)存。比它們復(fù)雜得多的藍(lán)牙技術(shù)則需要占用約內(nèi)存。相對簡單的實現(xiàn)也節(jié)省了費(fèi)用。由于省掉了內(nèi)存和其他電路,自然降低了部件的成本,而簡單的位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。.協(xié)議框架;協(xié)議棧也是按照層次結(jié)構(gòu)來組織的。每層為其上層提供特定的服務(wù):一個數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),一個管理實體提供全部其他服務(wù)。每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點為其上層提供服務(wù)接口,并且每個提供了一系列的基本服務(wù)接口來完成相應(yīng)的功能。協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)如圖.?】所示。它雖然是基于標(biāo)準(zhǔn)的七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型,但僅對那些涉及的層予以定義。..標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層:物理層和介質(zhì)接入控制子層。聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層框架的設(shè)計。其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層、設(shè)備對象和由制造商制定的應(yīng)用對象。相比于常見的無線通信標(biāo)準(zhǔn),協(xié)議緊湊而簡單,具體實現(xiàn)的要求很低。以下是協(xié)議的需求估計:硬件需要位處理器,如;軟件最大需要的,最小軟件需要的;網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點協(xié)調(diào)點需要更多的以容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、鄰接表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表、與安全相關(guān)的密鑰存儲等。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖?協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖...層來自..物理層?協(xié)議數(shù)據(jù)單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被依次按字節(jié)從低到高組成位二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號,每種數(shù)據(jù)符號對應(yīng)狀態(tài)組中的一組被映射成位偽噪聲碼片,以便傳輸。然后這個連續(xù)的偽噪聲序列被調(diào)制采用最小鍵控方式到載波上,即采用半正弦脈沖波形的偏移正交相移鍵控調(diào)制方式。/頻段物理層使用簡單的直接序列擴(kuò)頻方法,每個數(shù)據(jù)傳輸位被最大長為的序列所擴(kuò)展即被多組、一構(gòu)成的序列編碼,然后使用二進(jìn)制相移鍵控技術(shù)調(diào)制這個擴(kuò)展的位元序列,不同的數(shù)據(jù)傳輸速率使用于不同的場合。例如:/頻段物理層的低速率換取較好的靈敏度和較大的覆蓋面積,從而減少覆蓋給定物理區(qū)域所需的節(jié)點數(shù);.頻段物理層的較高速率適用于較高的數(shù)據(jù)吞吐量、低延時或低作業(yè)周期的場合。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文...層..層吲同樣提供兩種服務(wù):層數(shù)據(jù)服務(wù)和層管理服務(wù)。管理服務(wù)動過層管理實體眥旺服務(wù)接入點訪問高層。層數(shù)據(jù)服務(wù)使層協(xié)議數(shù)據(jù)單元啪的收發(fā)可以通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。..層的特征有信標(biāo)管理、信道接入機(jī)制、保證時隙管理、幀確認(rèn)、確認(rèn)幀傳輸、節(jié)點接入和分離。...超幀結(jié)構(gòu)低速率的無線個域網(wǎng)允許使用超幀結(jié)構(gòu)洲。超幀的格式由傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器定義。如圖.所示,超幀被分為個大小相等的時隙,由協(xié)調(diào)器發(fā)送。每個超幀之間由網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)分割。信標(biāo)幀在超幀的第一個時隙被傳輸。如果協(xié)調(diào)器不想使用超幀結(jié)構(gòu),它將會停止信標(biāo)的傳輸。信標(biāo)主要用于使各從設(shè)備與主協(xié)調(diào)器同步、識別以及描述超幀的結(jié)構(gòu)。任何想要在競爭接入期間通信的設(shè)備都要使用有時隙的載波監(jiān)聽多址接入一沖突避免?。所有的傳輸要在下一個信標(biāo)到來之前結(jié)束。為減少設(shè)備的功耗,將超幀結(jié)構(gòu)分為活躍和靜止兩個部分。在靜止部分,協(xié)調(diào)器將不和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,進(jìn)入低功率模式,己達(dá)到減少設(shè)備功耗的目的。對于低延遲應(yīng)用或需要特殊帶寬的應(yīng)用來說,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為它貢獻(xiàn)出超幀的活躍部分,這部分叫做保護(hù)時隙,如圖.所示。多個保護(hù)時隙構(gòu)成一個免競爭時期,它總是緊跟著,在活躍的超幀尾部。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以分配個,每個可以占用一個以上的時隙。而有充足的時間留給基于競爭的接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或想加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。所有基于競爭的傳輸都要在開始前結(jié)束,同樣,的傳輸也要確保在下一個開始前結(jié)束。“圖無的超幀結(jié)構(gòu)圖有的超幀結(jié)構(gòu).機(jī)制低速率的無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不同,使用兩種信道接入機(jī)制。無山東大學(xué)碩士學(xué)位論文信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)使用無時隙的信道接入機(jī)制。每當(dāng)設(shè)備想要傳輸數(shù)據(jù)幀或命令時,它將等待隨即的一段時間。在隨即退避之后,如果信道被檢測為空閑,設(shè)備將傳輸數(shù)據(jù);如果信道被檢測為忙;設(shè)備在再次嘗試接入信道之前,要重新等待隨即的一段時間,確認(rèn)幀的發(fā)送不使用?機(jī)制。有信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)使用有時隙的?信道接入機(jī)制,退避時隙在信標(biāo)傳輸?shù)拈_始排列好。每當(dāng)設(shè)備在競爭接入時段要傳輸數(shù)據(jù)時,它需要確定下一個退避時隙的界限,之后等待隨即的幾個退避時隙。在隨即退避之后,如果信道被檢測為忙,設(shè)備在再次嘗試接入信道之前,要重新等待隨即的幾個退避時隙;如果信道被檢測為空閑,設(shè)備將在下個退避時隙傳輸數(shù)據(jù)。確認(rèn)幀和信標(biāo)幀的發(fā)送將不需要?機(jī)制。...安全模式在低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備可根據(jù)自身的需要選擇不同的安全模式:無安全模式、訪問控制列表模式和安全模式。無安全模式是子層默認(rèn)的安全模式。處于這種模式下的設(shè)備不對接收到的幀進(jìn)行任何安全檢查。當(dāng)某個設(shè)備接收到一個幀時,只檢查幀的目的地址。如果目的地址是本設(shè)各地址或廣播地址,這個幀就會被轉(zhuǎn)發(fā)給上層,否則丟棄。在設(shè)備被設(shè)置為混雜模式的情況下,它會向上層轉(zhuǎn)發(fā)所有接收到的幀。訪問控制列表模式為通信提供了訪問控制服務(wù)。高層可以通過設(shè)置子層的條目指示子層根據(jù)源地址過濾接收到的幀。因此這種方式下子層就沒有提供加密保護(hù),高層有必要采取其他機(jī)制來保證通信的安全。安全模式對接收或發(fā)送的幀提供全部的四種安全服務(wù):訪問控制、數(shù)據(jù)加密、幀完整性檢查和順序更新。..網(wǎng)絡(luò)層層網(wǎng)絡(luò)層【【】【】將主要功能包括:設(shè)備連接和斷開網(wǎng)絡(luò)時所采用的機(jī)制,以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機(jī)制。此外還包括設(shè)備之間的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)和轉(zhuǎn)交。并且,網(wǎng)絡(luò)層完成對一跳鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)節(jié)點信息的存儲網(wǎng)絡(luò)層支持星型、樹型、和網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于使用的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點山東大學(xué)碩士學(xué)位論文可能眾多,且路由情況復(fù)雜,在此我們主要比較種基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并選出比較適合大型傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?;镜男菭罹W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個單跳系統(tǒng)。依據(jù)星狀網(wǎng)的特點可以看出,當(dāng)各個終端節(jié)點距離數(shù)據(jù)匯聚中心比較遠(yuǎn),終端節(jié)點分布范圍大時,這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是行不通的。因為終端傳感器節(jié)點能量有限,如果每個節(jié)點都要保證數(shù)據(jù)正確接收的信噪比值,則終端傳感器節(jié)點必須以較大功率向數(shù)據(jù)匯聚中心發(fā)送數(shù)據(jù),能量很快就會耗盡。因此這種網(wǎng)絡(luò)適合終端傳感器節(jié)點距離數(shù)據(jù)匯聚中心比較近的情況。簇一樹型狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),簇一樹型網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給上一級的路由設(shè)備,通過路由設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)最終傳送到網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點達(dá)到數(shù)據(jù)的匯聚。通信過程中可能通過多級路由來實現(xiàn)。網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各個節(jié)點設(shè)備之間是一種完全對等的通信方式,路由方式比較負(fù)責(zé)但是網(wǎng)絡(luò)的自愈性和魯棒性較好,尤其適合節(jié)點數(shù)量眾多的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。但是就目前的協(xié)議支持力度來講網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還不夠成熟,也沒有相關(guān)的成熟案例可以借鑒。綜上所述,實際情況中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與數(shù)據(jù)匯聚中心的相對位置,以及網(wǎng)絡(luò)中的無線參數(shù)的不同而定的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)匯聚中心的位置比較靠近終端節(jié)點,甚至處終端節(jié)點中間,同時整個網(wǎng)絡(luò)的分布范圍比較小的時候,星形網(wǎng)絡(luò)有其相應(yīng)的優(yōu)勢,而簇一樹型狀網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)比較適用于數(shù)據(jù)匯聚中心遠(yuǎn),終端節(jié)點比較分散的情況。在現(xiàn)在的實際的環(huán)境下,經(jīng)常是采用簇一樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來搭建傳輸網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層處于層與應(yīng)用層之間,功能還包括提供一些必要的函數(shù),確保網(wǎng)絡(luò)層正常工作,并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。為了向應(yīng)用層提供其接口,網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個必須的功能服務(wù)實體,它們分別是數(shù)據(jù)服務(wù)實體和管理服務(wù)實體。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體服務(wù)接入點提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),網(wǎng)絡(luò)層管理實體通過網(wǎng)絡(luò)層管理實體服務(wù)接入點提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。下面分別對它們的功能進(jìn)行介紹:.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體為數(shù)據(jù)提供服務(wù),在兩個或者更多的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時,將按照應(yīng)用山東大學(xué)碩士學(xué)位論文協(xié)議數(shù)據(jù)單元,的格式進(jìn)行傳送,并且這些設(shè)備必須在同一個網(wǎng)絡(luò)中,即在同一個內(nèi)部個域網(wǎng)中。會提供以下服務(wù)類型:生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。通過增加一個適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭,從應(yīng)用支持子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元生成。制定拓?fù)鋫鬏斅酚?。能夠發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個合適的設(shè)備,該設(shè)備可能是最終的目的通信設(shè)備,也可能是在通信鏈路中的一個中間通信設(shè)備。.網(wǎng)絡(luò)層管理實體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù),允許應(yīng)用與堆棧相互作用。提供如下服務(wù):配置一個新設(shè)備??梢酝耆呐渲脳R罁?jù)應(yīng)用操作的要求。設(shè)備配置包括開始設(shè)備作為協(xié)調(diào)器或加入一個存在的網(wǎng)絡(luò);初始化一個網(wǎng)絡(luò)。可以建立一個新的網(wǎng)絡(luò);連接或斷開一個網(wǎng)絡(luò)。可以加入或離開一個網(wǎng)絡(luò),使的協(xié)調(diào)器和路由器能夠讓終端設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò);分配地址。使的協(xié)調(diào)器和路由器可以分配地址給加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備;臨近表發(fā)現(xiàn)。去發(fā)現(xiàn)、記錄和報告設(shè)備的一跳臨近表的相關(guān)信息;路由的發(fā)現(xiàn)??梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)來發(fā)現(xiàn)及記錄傳輸路徑,而信息也可被有效的路由;接收控制。當(dāng)接收者活躍時,可以控制接收時間的長短并使能子層同步或直接接收。..應(yīng)用層層的應(yīng)用層【】由應(yīng)用子層?、設(shè)備對象包括管理平臺以及制造商定義的應(yīng)用設(shè)備對象組成。子層的作用包括維護(hù)綁定表綁定表作用是基于兩個設(shè)備的服務(wù)和需要把它們綁定在一起;在綁定的設(shè)備之間來傳輸信息。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文的作用包括在網(wǎng)絡(luò)中定義一個設(shè)備的作用如定義設(shè)備為協(xié)調(diào)器或為路由器或為終端設(shè)備;發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備并確定它們能提供何種應(yīng)用的服務(wù);發(fā)起或回應(yīng)綁定需求以及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中建立一個安全的連接。...應(yīng)用支持子層層應(yīng)用支持子層在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間提供了一個接口.這接口的提供是通過和制造商定義的應(yīng)用設(shè)備共同使用的一套通用的服務(wù)機(jī)制,此服務(wù)機(jī)制是由兩個實體提供:數(shù)據(jù)實體通過數(shù)據(jù)實體接入點..和管理實體.通過管理實體接入點.。提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)對于應(yīng)用的傳送在一網(wǎng)絡(luò)的兩個或多個設(shè)備之間。提供服務(wù)以發(fā)現(xiàn)和綁帶設(shè)備并維護(hù)一個管理對象的數(shù)據(jù)庫,通常稱為信息庫...應(yīng)用層框架應(yīng)用層框架是應(yīng)用設(shè)備和設(shè)備連接的環(huán)境。在應(yīng)用層框架中,應(yīng)用對象發(fā)送和接收數(shù)據(jù)通過.。而對應(yīng)用對象的控制和管理則通過公用接口來實現(xiàn)。.提供的數(shù)據(jù)服務(wù)包括請求、確認(rèn)、響應(yīng)、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘拘畔?。有個不同的應(yīng)用對象能夠被定義,每個終端節(jié)點的接口標(biāo)識從到。還有兩個附加的終端節(jié)點為了.的使用:標(biāo)識被用于的數(shù)據(jù)接口,則用于所有應(yīng)用對象的廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口。而.保留以作將來的應(yīng)用。使用.提供的服務(wù),應(yīng)用層框架提供了應(yīng)用對象的兩種數(shù)據(jù)服務(wù)類型:主值對服務(wù),和通用信息服務(wù),。兩者傳輸機(jī)制一樣,不同的是并不采用應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容,而是留給應(yīng)用者自己去定義。...設(shè)備對象設(shè)備對象,描述了一個基本的功能函數(shù)類,在應(yīng)用對象、設(shè)備和之間提供了一個接。位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間。它滿足了協(xié)議棧所有應(yīng)用操作的一般要求。還有以下作用:初始化應(yīng)用支持子層、網(wǎng)絡(luò)層、安全服務(wù)文檔。從終端應(yīng)用中集合配置信息來確定和執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、安全管理、網(wǎng)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文絡(luò)管理、以及綁帶管理。描述了應(yīng)用框架層的應(yīng)用對象的公用接口以控制設(shè)備和應(yīng)用對象的網(wǎng)絡(luò)功能。在終端節(jié)點,提供了與協(xié)議棧中低一層相接的接口,如果是數(shù)據(jù)是通過.,如果是控制信息則通過.。在協(xié)議棧的應(yīng)用框架中,公用接口提供設(shè)備、發(fā)現(xiàn)、綁定、以及安全等功能的地址管理。..安全管理的安全體系【】【】提供的安全管理主要是依靠相稱性密匙保護(hù)、應(yīng)用保護(hù)機(jī)制、合適的密碼機(jī)制以及相關(guān)的保密措施。安全協(xié)議的執(zhí)行如密匙的建立要以整個協(xié)議棧正確的運(yùn)行不遺漏任何一步為前提。層、層和層都有可靠的安全傳輸機(jī)制用于它們自己的數(shù)據(jù)幀。層提供建立和維護(hù)安全聯(lián)系的服務(wù)。管理著設(shè)備的安全政策和安全配置。...層安全管理當(dāng)層數(shù)據(jù)幀需要被保護(hù)時,使用層安全管理來確保層命令、標(biāo)識、以及確認(rèn)等功能。使用受保護(hù)的數(shù)據(jù)幀來確保一個單跳網(wǎng)絡(luò)中信息的傳輸,但對于多跳網(wǎng)絡(luò),就要依靠上層如層的安全管理。層使用高級編碼標(biāo)準(zhǔn),作為主要的密碼算法和描述多樣的安全組【】,這些組能保護(hù)層幀的機(jī)密性、完整性和真實性。層作安全性處理,但上一層負(fù)責(zé)密匙的建立以及安全性使用的確定控制著此處理。當(dāng)層使用安全使能來傳送接收數(shù)據(jù)幀時,它首先會查找此幀的目的地址源地址,然后找回與地址相關(guān)的密匙,在依靠安全組來使用密匙來處理此數(shù)據(jù)幀。每個密匙和一個安全組相關(guān)聯(lián),層幀頭中有一個位來控制幀的安全管理是否使能。當(dāng)傳輸一個幀時,如需保證其完整性,層頭和載荷數(shù)據(jù)會被計算使用來產(chǎn)生信息完整碼,,由,或位組成。被附加在層載荷中。當(dāng)需保證幀機(jī)密性時,層載荷也有其附加位和序列數(shù)數(shù)據(jù)一般組成一個。當(dāng)加密載荷時或保護(hù)其不受攻擊時,此被使用。當(dāng)接收幀時,如果使用了,則幀會被校驗,如載荷已被編碼,則幀會被解碼。當(dāng)每個信息發(fā)送時,發(fā)送設(shè)備會增加幀的計數(shù),而接收設(shè)備會跟蹤每山東大學(xué)碩士學(xué)位論文個發(fā)送設(shè)備的最后一個計數(shù)。如果一個信息被探測到一個老的計數(shù),該信息會出現(xiàn)安全錯誤而不能被傳輸。層的安全組基于三個操作模型:計數(shù)器模型:密碼鏈模型盯島.:以及兩者混合形成的模型。層的編碼在計數(shù)器模型中使用來實現(xiàn),而編碼和完整性的聯(lián)合則在模型中實現(xiàn)。...層安全管理層也使用高級編碼標(biāo)準(zhǔn)。但和層不同的是標(biāo)準(zhǔn)的安全組全部是基于模型的。此模型是層使用的模型的小修改,它包括了所有的層模型的功能,此處還提供了單獨(dú)的編碼及完整性的功能。這些額外的功能通過排除使用排除及%模型來簡化了的安全模型。另外,在所有的安全組中使用模型可以使一個單密鑰用于不同的組中。這種情況下,應(yīng)用可以更加靈活的來制定一個活躍的安全組給每個幀而不必理會安全措施是否使能。當(dāng)層使用特定的安全組來傳輸接收幀時,層會使用安全服務(wù)提供,來處理此幀。會尋找?guī)哪康脑凑叩刂?取回對應(yīng)于目的源的址的密匙,然后使用安全組來保護(hù)幀。層對安全管理的責(zé)任,但其上一層控制著安全管理,包括建立密匙及確定對每個幀使用相應(yīng)的安全組。.本章小節(jié)本章從技術(shù)的由來入手,對技術(shù)的特點以及協(xié)議棧進(jìn)行了闡述,對協(xié)議棧各層進(jìn)行了講解,解釋了我們?yōu)槭裁催x擇技術(shù)以及技術(shù)在滿足該應(yīng)用中的一些技術(shù)特點。對于采用技術(shù)來實現(xiàn)該項目的方案以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將在下一章進(jìn)行闡述。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章基于技術(shù)的無線水表集抄解決方案.供水抄表系統(tǒng)各項指標(biāo)一通信的可靠性方面:保證所采集的數(shù)據(jù)正確的傳輸,是無線抄表系統(tǒng)的最起碼的要求,同時也是不容易解決的問題。從兩方面來對通信安全進(jìn)行保證,一是采用了.的碰撞避免機(jī)制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突;二是在層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包必須等待接受方的確認(rèn)信息。二無線網(wǎng)絡(luò)健壯性方面:自組織:無需人工干預(yù),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在,并確定連接關(guān)系,組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò);自愈功能:增加或者刪除一個節(jié)點,節(jié)點位置發(fā)生變動,節(jié)點發(fā)生故障等等,網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù),并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整,無需人工干預(yù),保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。具備自組織、自愈能力的自動抄表網(wǎng)絡(luò)才是最理想的網(wǎng)絡(luò),技術(shù)能夠很好地支持這種智能型的網(wǎng)絡(luò)。三成本方面:上面的基本要求都滿足以后就不可避免的要討論成本方面的要求了。這也是抄表系統(tǒng)能否推廣的關(guān)鍵。/初裝或改造舊系統(tǒng)的成本要盡可能低。/系統(tǒng)平時運(yùn)行產(chǎn)生的費(fèi)用要盡可能低。.技術(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋?.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型..定義了兩種設(shè)備類型【。表顯示了這兩種設(shè)備類型。表列出了三種協(xié)議設(shè)備及其與設(shè)備類型的關(guān)系【。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文設(shè)備類型提供的服務(wù)典型電源典型接收器配置全功能設(shè)備大多數(shù)或所有服務(wù)主電源或電池空閑時打開精簡功能設(shè)備有限服務(wù)電池空閑時關(guān)閉?協(xié)議設(shè)備?設(shè)備類型典型功能協(xié)調(diào)器每個網(wǎng)絡(luò)一個,構(gòu)成喇絡(luò),分配網(wǎng)絡(luò)地址保存綁定表路由罌可選設(shè)備。擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)物理范圍或執(zhí)行終端設(shè)備功能終端設(shè)備或執(zhí)行監(jiān)控和戚控制功能表?:曲協(xié)議設(shè)備類型..如協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)四【:星形結(jié)構(gòu)如圖.,樹型網(wǎng)絡(luò)如圖.,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有時也稱混合結(jié)構(gòu)如圖.。各個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點定義見..小節(jié)。圖:星形結(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)的特點:支持點對點、一點對多點通信方式;中心節(jié)點為?網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器必須為設(shè)各,終端節(jié)點為廬終端設(shè)備或;數(shù)據(jù)從各個終端節(jié)點發(fā)送給協(xié)調(diào)器,同時協(xié)調(diào)器也可向終端節(jié)點發(fā)送命令。這種網(wǎng)絡(luò)適合節(jié)點距離協(xié)調(diào)點較近的情況。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文一,??,~~“一一麓.簟叫.??一一??圖.:簇.樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簇一樹型拓?fù)?在這種網(wǎng)絡(luò)中,終端設(shè)備也可能是協(xié)調(diào)器或者路由器。路由器有兩種功能:一種是增加網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量,另一種是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的物理范圍。消息沿樹型傳送。圖:網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀拓?fù)?與樹型拓?fù)湎嗨?但是可以直接與另外的進(jìn)行消息路由,代替了樹型結(jié)構(gòu)。發(fā)送消息仍須要經(jīng)過它的父節(jié)點。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于減少了消息的反應(yīng)時目】.增加消息的可靠性。但是實現(xiàn)起來較難,且大量的協(xié)調(diào)點的存在不利于降低能耗。從以上分析可以看出星形結(jié)構(gòu)簡單易于設(shè)置,簇.樹網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有大的容量和傳輸距離且網(wǎng)絡(luò)比較健壯,由此具體在實際中采用那種網(wǎng)絡(luò)要看具體的現(xiàn)場環(huán)境來定。而本文中采用的是在靠近水表的單元樓中采用星形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,在小區(qū)中采用簇.樹狀網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.基于技術(shù)的無線水表纂抄方案本方案采用無線傳感囂網(wǎng)絡(luò)和鋤網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)嘲’掰’”劃,基于技術(shù)的無線智能水表集抄系統(tǒng)如圖.所示圈.基于技術(shù)的無線智耗水表袋抄系統(tǒng)從圖.中可以看出本系統(tǒng)有三部分組成;小區(qū)網(wǎng)絡(luò)部分,小區(qū)管理中心,以及企業(yè)級的集抄中心,本論文只討論前兩部分,至于小區(qū)管理中心與企業(yè)級的集抄中心的互聯(lián)網(wǎng)連接只需要確定通信時的幀格式.以及各種命令碼的定義即可。不是本文研究的重點。如圖.所示居民或企業(yè)用戶安裝智能水表,智能水表在項目初期由普通水表連接終端節(jié)點組成,負(fù)責(zé)對用水量進(jìn)行計量并將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給負(fù)責(zé)浚單元或樓的匯聚點匯聚點由?路出器擔(dān)當(dāng)。匯聚點通過小區(qū)的?傳輸網(wǎng)絡(luò)最終把數(shù)據(jù)發(fā)送至小區(qū)的?中心節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯聚。中心節(jié)點與具有上網(wǎng)功能的小區(qū)管理中心服務(wù)罌相連接,通過串口把數(shù)據(jù)傳給小區(qū)管理中心。小區(qū)管理中心服務(wù)器對本小區(qū)的水表數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存,并接收集抄中心的下行命令,對下行命令進(jìn)行解析并通過串口傳給?網(wǎng)絡(luò)。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文單元樓內(nèi)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)是星形網(wǎng)絡(luò),小區(qū)內(nèi)負(fù)責(zé)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)是典型的簇.樹狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),為了保證網(wǎng)絡(luò)的健壯性可在小區(qū)內(nèi)設(shè)置幾個冗余的路由節(jié)點來保證數(shù)據(jù)可靠的傳輸。.協(xié)議在無線網(wǎng)絡(luò)中的幾個關(guān)鍵技術(shù)..路由機(jī)制為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)在多個節(jié)點間傳輸,實現(xiàn)多跳通信,必需引入路由機(jī)制。技術(shù)采用的是路由協(xié)議,用于創(chuàng)建和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)時,保證了移動節(jié)點之間動態(tài)、自發(fā)以及多跳的路由。利用了傳統(tǒng)的路由表,每個目的節(jié)點用一個條目表示,一個條目表示一條有效路徑。這樣,就可以為每一個目的節(jié)點維持幾個路由緩存。不需要源路由,而是依靠路由表中的條目來傳播路由回復(fù),給源節(jié)點,源節(jié)點根據(jù)路由信息將數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點。是一種路由協(xié)議,它管理的路由信息包括目的地址、目的序列號、有效目的序列號標(biāo)記、其他狀態(tài)和路由標(biāo)記比如有效、無效、可修復(fù)、正在修復(fù)、網(wǎng)絡(luò)接口、跳數(shù)到達(dá)目的地址所需跳數(shù)、下一跳、先驅(qū)列表以及生存時間。定義路由請求,、路由回復(fù)消息格式.當(dāng)產(chǎn)生分組的節(jié)點發(fā)現(xiàn)沒有到目的節(jié)點的路由時,首先以泛洪的方式就是向除了源端口之外的所有端口發(fā)送流量發(fā)送路由請求分組,此時路由尋找分組中攜帶本節(jié)點現(xiàn)知的最新目的節(jié)點序號、源節(jié)點的序號以及泛洪序號上次發(fā)送泛洪分組的序號加一等信息,跳數(shù)域設(shè)置為零。發(fā)送路由尋找分組后,源節(jié)點等待由目的節(jié)點返回的路由回復(fù)分組,若等待一段時間沒有響應(yīng),則源節(jié)點重復(fù)泛洪路由尋找分組其泛洪序號加直到收到路由響應(yīng)分組或超過泛洪發(fā)送的次數(shù)。為防止網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行循環(huán)泛洪,每節(jié)點在泛洪發(fā)送路由尋找分組前,首先要記錄源節(jié)點地址和泛洪序號一定時間,再次收到已記錄的分組則將其丟棄。目的節(jié)點收到源節(jié)點的泛洪分組后,它從路由尋找分組中獲取源節(jié)點地址并將跳數(shù)位置零,后將路由應(yīng)答分組沿最小跳數(shù)路徑返回給源節(jié)點【。網(wǎng)絡(luò)可以是網(wǎng)絡(luò),即可以根據(jù)需要組建或不組建新的網(wǎng)絡(luò)。在星形網(wǎng)絡(luò)配置中,終端設(shè)備在可以執(zhí)行任何數(shù)據(jù)傳輸之前將總是搜索網(wǎng)絡(luò)。新的網(wǎng)絡(luò)首先由協(xié)調(diào)器建立。啟動時,協(xié)調(diào)器會搜索附近的其他協(xié)調(diào)器,如果沒有山東大學(xué)碩士學(xué)位論文找到協(xié)調(diào)器,它就會建立一個自己的網(wǎng)絡(luò)并選擇一個唯一的位。一旦新網(wǎng)絡(luò)建立,就會允許一個或多個終端設(shè)備與此網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。具體是允許還是不允許新關(guān)聯(lián)由協(xié)調(diào)器決定。一旦組建了網(wǎng)絡(luò),就可能由于物理更改而發(fā)生多個網(wǎng)絡(luò)重疊和沖突。在這種情況下,協(xié)調(diào)器會啟動沖突解決過過程并且會有一個協(xié)調(diào)器將更改其或信道。受到影響的協(xié)調(diào)器會指示它所有的終端設(shè)備進(jìn)行必要的更改【。協(xié)議棧的當(dāng)前版本不支持沖突解決。根據(jù)系統(tǒng)需求,協(xié)調(diào)器會在非易失性存儲器?中存儲所有網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián),稱為鄰接表。為了連接到網(wǎng)絡(luò),終端設(shè)備可能執(zhí)行孤立通知過程來查找先前與之關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)或者執(zhí)行關(guān)聯(lián)過程來加入一個新網(wǎng)絡(luò)。在執(zhí)行孤立通知過程的情況下,協(xié)調(diào)器將通過查找其鄰接表來識別先前與之關(guān)聯(lián)的終端設(shè)備。一旦關(guān)聯(lián)到網(wǎng)絡(luò),終端設(shè)備就可選擇通過執(zhí)行解除關(guān)聯(lián)過程與該網(wǎng)絡(luò)解除關(guān)聯(lián)。如果需要的話,協(xié)調(diào)器本身也會啟動解除關(guān)聯(lián)過程來強(qiáng)制節(jié)點離開網(wǎng)絡(luò)。..端點、接口、群集、屬性和配置文件典型的節(jié)點可同時支持幾種不同的應(yīng)用。例如,/節(jié)點可能有多種數(shù)字和模擬輸入/輸出。一些數(shù)字輸入可能被一個遠(yuǎn)程控制器節(jié)點用到,而其他數(shù)字輸入可能被另一個遠(yuǎn)程控制器節(jié)點使用。這種分配將創(chuàng)建一個真正的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。為了便于在/節(jié)點和兩個控制器節(jié)點之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,所有節(jié)點中的應(yīng)用程序必須保存多個數(shù)據(jù)鏈路【】。為了減少成本,節(jié)點僅使用一個無線信道來和多個端點/接口來創(chuàng)建多條虛擬鏈路或信道。一個節(jié)點支持個端點編號為和個接口編號為一,端點被保留用于設(shè)備配置而端點被保留僅用于廣播,剩下的總共個端點用于應(yīng)用。每個端點總共有個接口。因此,實際上應(yīng)用在一個物理信道中最多可能有條虛擬信道.一個典型的節(jié)點也將有很多屬性.例如,/節(jié)點包含稱為數(shù)字輸入、數(shù)字輸入、模擬輸入等的屬性,每個屬性都有自己的值.例如,數(shù)字輸入屬性可能有值或.屬性的集合被稱為群集。在整個網(wǎng)絡(luò)中,每個群集都被分配了一個唯一的群集。每個群集最多有個節(jié)點。協(xié)議還定義了一個稱為配置文件的術(shù)語。配置文件就是指對分布式應(yīng)用的描述,它根據(jù)應(yīng)用必須處理的數(shù)據(jù)包和必須

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