無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量傳感器節(jié)點組成,這些節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)通過無線通信方式,形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個網(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)測對象的信息,并發(fā)送給觀察者,可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、軍事、商業(yè)等多個領(lǐng)域。 媒體訪問控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間,用于在傳感器節(jié)點間公平有效地共享通信媒介,對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同,提高能量效率和可擴展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計的主要目標(biāo)。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802.15.4 MAC層功能的實現(xiàn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計要求以及已有的MAC層協(xié)議,討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細介紹和分析了IEEE802.15.4的MAC協(xié)議,并在此基礎(chǔ)上,通過NS2平臺對MAC層協(xié)議進行了仿真,研究不同網(wǎng)絡(luò)負荷下信道訪問機制的各個參數(shù)對吞吐量,丟包率,傳輸延時的影響,分析了隱蔽站問題、確認幀機制。 本文對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等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計選用硬件描述語言VerilogHDL,在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線,在QuartusⅡ和Modelsim中進行時序仿真驗證,最終下載到自主設(shè)計Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對設(shè)計的驗證采取的是由里及外的方式,先對系統(tǒng)主模塊的功能進行驗證,然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對設(shè)計進行驗證測試。驗證流程是功能仿真、時序仿真和板級調(diào)試,最終通過測試,驗證了該設(shè)計的功能。測試結(jié)果表明,該模塊能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要,具有優(yōu)良的擴展性能,達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。
標(biāo)簽:
FPGA
MAC
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時間:
2013-06-14
上傳用戶:竺羽翎2222