臺灣博碩士論文加值系統

在IEEE802.15.4網路中，路由器無法進入休眠模式來節省電力的消耗，因此長時間下來會造成大量的電力浪費。在原本的IEEE802.15.4的CSMA/CA協定，並沒有執行通道偵測的動作，容易產生封包碰撞，因此也會造成節點產生了不必要的能量消耗。基於以上兩點的原因，在本論文之中，我們使用CC2530設計一個基於IEEE 802.11 CSMA/CA協定的無線感測網路平台。在硬體相關的程式設計，包含RF的驅動程式、MAC Timer驅動程式、相關中斷服務程式、完成了通道偵測方法以及基本的CSMA/CA協定，目前已完成可以傳輸資料的雛型系統，可以多點傳輸封包。未來也可以利用這個平台，進行相關的無線感測網路的媒體存取層協定的開發與驗證，如常見的S-MAC協定。

In IEEE 802.15.4 networks, routers cannot enter sleep mode to reduce power consumption and runs out of battery power quickly. In addition, the implementation of CSMA/CA protocol in IEEE 802.15.4 is different from that in IEEE 802.11. Because a node does not perform channel sensing during backoff, a collision may occurs when a node transmit a packet. As a result, IEEE 802.15.4 is unsuitable for wireless sensor networks (WSN). In this thesis, we design and implement the CSMA / CA protocol based on IEEE 802.11 by TI CC2530 for wireless sensor networks. For hardware-related programming, we have implemented the RF driver, the MAC Timer driver, the interrupt service routines, the channel sensing mechanism, and the two-way handshaking CSMA/CA protocol. A prototype platform was built and packets are successfully delivered between multiple nodes. In the future, the platform can be extended to a complete media access control (MAC) layer suitable for wireless sensor networks, such as the well-know S-MAC.

目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1研究背景 1
1-2研究動機與目的 4
1-3預期成果 5
1-4論文簡述 5
第二章 IEEE 802.11與IEEE 802.15.4之差異 6
2-1 IEEE 802.11 MAC 介紹 6
2-1.1 訊框交換機制 7
2-1.2 RTS與CTS機制 8
2-1.3 IEEE 802.11 CSMA/CA 11
2-1.4 IEEE 802.11訊框間隔時間 12
2-1.5 二元指數倒退機制(BEB) 14
2-2 Zigbee/IEEE 802.15.4 MAC 介紹 18
2-2.1 IEEE 802.15.4 通訊協定 22
2-2.2 Superframe架構與信標(Beacon) 24
2-2.3 載波檢測多路存取/碰撞避免(CSMA/CA)機制 26
2-3 IEEE 802.11與IEEE 802.15.4之差異 29
第三章 系統架構與設計 31
3-1前言 31
3-2系統架構 33
3-3相關函式介紹 36
3-4 CSMA/CA 46
3-5 RF設定與介紹 49
3-6 FIFO 52
3-7 Command Strobe/CSMA-CA Processor介紹 53
3-8 Timer2 (MAC Timer)介紹與設定 55
第四章 實驗結果與分析 59
4-1參數設定 59
4-2 TX傳送DATA與RX沒回覆ACK的實驗結果 60
4-3 TX傳送DATA與RX回覆ACK的實驗結果 61
4-4 地址傳遞與驗證以及倒數機制的測試結果 62
4-5 3TX對1RX傳送DATA封包與回覆ACK過程 63
4-6 1TX對3RX傳送DATA封包與回覆ACK過程 65
4-7 封包發生碰撞實驗 67
第五章 結論 68
參考文獻 69


圖目錄

圖1-1 無線感測網路基本架構圖 3
圖2-1 IEEE 802.11 MAC 通訊協定架構 7
圖2-2 IEEE 802.11 傳送資料與回覆ACK流程 8
圖2-3 IEEE 802.11 隱藏節點的問題 9
圖2-4 IEEE 802.11 加入 RTS/CTS 傳送資料與回覆ACK流程 10
圖2-5 IEEE 802.11 DCF運作方式 14
圖2-6 二元競爭視窗與訊框重傳次數示意圖 16
圖2-7 DCF延遲倒數動作 17
圖2-8 IEEE 802.15.4/Zigbee基本架構 18
圖2-9 Star Topology 20
圖2-10 Cluster Tree Topology 20
圖2-11 Mesh Topology 21
圖2-12 IEEE 802.15.4 PHY Frame Structure 24
圖2-13 Superframe架構圖 24
圖2-14 IEEE 802.15.4 Slotted CSMA/CA 27
圖2-15 IEEE 802.15.4 Unslotted CSMA/CA 28
圖2-16 IEEE802.15.4 CSMA/CA 29
圖2-17 IEEE802.11CSMA/CA 29
圖3-1 目前TI所提供的無線傳輸解決方案 31
圖3-2 Protocol stack 32
圖3-3 Software block diagram 33
圖3-4 系統平台架構圖 34
圖3-5 系統平台架構函式流程圖 35
圖3-6 hdl_packet_to_FIFO( ) Flow Chart 36
圖3-7 RF_ISR Flow Chart 38
圖3-8 載波感測流程圖(Carrier Sensing Flow Chart) 40
圖3-9 Frame Format 42
圖3-10 MAC Layer TX傳送流程圖 43
圖3-11 MAC Layer RX接收流程圖 44
圖3-12 本論文所實現的CSMA/CA協定 46
圖3-13 RFD 暫存器示意圖 52
圖4-1 TX傳送DATA封包與RX沒回覆ACK過程 60
圖4-2 TX傳送DATA封包與RX回覆ACK過程 61
圖4-3 2TX對1RX傳送DATA封包與回覆ACK過程 62
圖4-4 3TX對1RX傳送DATA封包與回覆ACK過程(a) 63
圖4-5 3TX對1RX傳送DATA封包與回覆ACK過程(b) 64
圖4-6 1TX對3RX傳送DATA封包與回覆ACK過程(a) 65
圖4-7 1TX對3RX傳送DATA封包與回覆ACK過程(b) 66
圖4-8 3TX對1RX傳送DATA封包碰撞實驗 67



表目錄

表2-1 ZigBee 分配使用的頻帶與參數 23
表3-1 Interrupt Enable 2 49
表3-2 RF Interrupt Masks(a) 50
表3.3 RF Interrupt Masks (b) 50
表3.4 RF Interrupt Flags(a) 51
表3.5 RF Interrupt Flags (b) 51
表3.6 Interrupt Enable 1 56
表3-7 Timer2 Multiplex Select 57
表3-8 Internal Registers 57
表3-9 Timer2 Multiplexed Register 0 57
表3-10 Timer2 Multiplexed Register 1 58
表3-11 Timer 2 Interrupt Mask 58
表3-12 Timer 2 Interrupt Flags 58
表3-13 Timer2 Control Register 58
表4-1 Carrier Sensing 參數 59

參考文獻

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