基于FPGA的無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)研究與設計.pdf

1、無線傳感器作為一種新的無線數(shù)據(jù)采集方式，對人類原有的、傳統(tǒng)的感知外界環(huán)境得方式產(chǎn)生了深刻的影響。同時，無線傳感器網(wǎng)絡在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測和城市管理等領(lǐng)域扮演著十分重要的角色，具有廣闊的應用前景。為了充分發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡的潛能，必須要與已有的各式各樣的異構(gòu)網(wǎng)絡通信，使之不成為孤立的網(wǎng)絡，這就需要傳輸網(wǎng)關(guān)的支撐。網(wǎng)關(guān)是整個無線傳感器網(wǎng)絡的樞紐，是實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡與其它異構(gòu)網(wǎng)絡之間通信的橋梁，同時也負責管理網(wǎng)絡。
　　 本文首先介

2、紹了選題背景和研究意義，闡述了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后說明了本文的主要研究內(nèi)容和文章的結(jié)構(gòu)安排。之后對無線傳感器網(wǎng)絡進行了闡述，分析了OSI模型中的網(wǎng)關(guān)設備的功能，論述了無線傳感器網(wǎng)絡需要與外部網(wǎng)絡通信，而通過協(xié)議轉(zhuǎn)換方式使用網(wǎng)關(guān)設備來實現(xiàn)是簡單而有效的方式。然后簡述了嵌入式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方式并進行了對比，確定了基于FPGA的片上系統(tǒng)方案來實現(xiàn)以太網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)的設計構(gòu)想。對本文的核心技術(shù)即可編程片上系統(tǒng)進行了詳細的論述。其次，設計與

3、實現(xiàn)了基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，分基本外圍電路模塊、配置模塊、存儲模塊、通信模塊進行了闡述，在基本外圍電路模塊，主要分析了電源電路、復位電路、時鐘電路、串口電路以及顯示電路。在此基礎(chǔ)上，對FPGA芯片進行了可編程系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。針對無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)的設計，分析了系統(tǒng)所需的資源，然后設計了自定義邏輯模塊——TFT LCD控制器。通過添加需要的IP核，并連接到適合的總線上，完成了整個SoPC的硬件設計。然后在完成的硬件平臺上完成

4、了軟件系統(tǒng)的開發(fā)。首先分析了系統(tǒng)的軟件框架設計，簡單地介紹了嵌入式Linux系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)關(guān)的硬件，對嵌入式操作系統(tǒng)進行了定制和裁剪并移植到平臺上，并為本文自定義IP核設計了顯示驅(qū)動。然后介紹了應用軟件的設計與實現(xiàn)。由于傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包通常較短，如每收到包都進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，由于傳輸信息中的有效載荷較低，造成帶寬資源的浪費，也會由于網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)次數(shù)較多而增加網(wǎng)絡的負載。針對些，設計了數(shù)據(jù)聚合算法并且進行了仿真驗證。最后對本文設計的網(wǎng)關(guān)進行了