無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成,這些節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)通過(guò)無(wú)線通信方式,形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息,并發(fā)送給觀察者,可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。 媒體訪問(wèn)控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議處于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間,用于在傳感器節(jié)點(diǎn)間公平有效地共享通信媒介,對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同,提高能量效率和可擴(kuò)展性是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。 本文主要闡述基于FPGA對(duì)IEEE802.15.4 MAC層功能的實(shí)現(xiàn)。首先介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)要求以及已有的MAC層協(xié)議,討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細(xì)介紹和分析了IEEE802.15.4的MAC協(xié)議,并在此基礎(chǔ)上,通過(guò)NS2平臺(tái)對(duì)MAC層協(xié)議進(jìn)行了仿真,研究不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下信道訪問(wèn)機(jī)制的各個(gè)參數(shù)對(duì)吞吐量,丟包率,傳輸延時(shí)的影響,分析了隱蔽站問(wèn)題、確認(rèn)幀機(jī)制。 本文對(duì)MAC層中的主要功能,諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗(yàn)等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL,在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線,在QuartusⅡ和Modelsim中進(jìn)行時(shí)序仿真驗(yàn)證,最終下載到自主設(shè)計(jì)Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證采取的是由里及外的方式,先對(duì)系統(tǒng)主模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證,然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。驗(yàn)證流程是功能仿真、時(shí)序仿真和板級(jí)調(diào)試,最終通過(guò)測(cè)試,驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的功能。測(cè)試結(jié)果表明,該模塊能滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要,具有優(yōu)良的擴(kuò)展性能,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
標(biāo)簽:
FPGA
MAC
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時(shí)間:
2013-06-14
上傳用戶:竺羽翎2222