Download miễn phí Khóa luận Nghiên cứu chuẩn kết nối không dây ZIGBEE/IEEE 802.15.4
MỤC LỤC
Lời nói đầu.5
CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀMẠNG WPAN.6
1.1 Khái niệm mạng WPAN.6
1.2 Sựphát triển của mạng WPAN.6
1.3 Phânloại các chuẩn mạng WPAN.7
1.4 Khái quát vềZigBee/ IEEE 802.15.4.7
1.4.1 Kháiniệm.7
1.4.2 Đặc điểm.7
1.4.3 Ưu điểm của ZigBee/IEEE802.15.4 với Bluetooth/IEEE802.15.1.8
1.4 Mạng ZigBee/ IEEE 802.15.4 LR-WPAN.9
1.4.2 Thành phần của mạng LR-WPAN.9
1.4.3 Kiến trúc liên kết mạng.10
1.5.2.1 Cấu trúc liên kết mạng hình sao (Star).11
1.5.2.2 Cấu trúc liên kết mạng mắt lưới (mesh).11
1.5.2.3 Cấu trúc liên kết mạng hình cây (cluster-tree).12
CHƯƠNG 2CHUẨNZigBee/IEEE 802.15.4.14
2.1 Mô hình giao thức của ZigBee/IEEE802.15.4.14
2.2 Tầng vật lý ZigBee/IEEE 802.15.4.15
2.2.1 Mô hình điều chếtín hiệu của tầng vật lý.17
2.2.1.1 Điều chếtín hiệu của tầng PHY tại dải số2.4 GHz.17
2.2.1.1.1 Sơ đồ điều chế.17
2.2.1.1.2 Bộchuyển bit thành k ý tự:.17
2.2.1.1.3 Bộchuyển ký tựthành chip:.17
2.2.1.1.4 Bộ điều chếO-QPSK :.19
2.2.1.2 Điều chếtín hiệu của tầng PHY tại dải tần 868/915MHz.20
2.2.1.2.1 Sơ đồ điều chế.20
2.2.1.2.2 Bộmãhóa vi phân.20
2.2.1.2.3 Bộánh xạbit thành chip.21
2.2.1.2.4 Bộ điều chếkhóa dịch pha nhịphân BPSK.21
2.2.2 Các thông sốkỹthuật trọng tầng vật lý của IEEE 802.15.4.21
2.2.2.1 ChỉsốED (energy detection).21
2.2.2.2 Chỉsốchất lượng đường truyền (LQI).22
2.2.2.3 Chỉsố đánh giá kênh truyền (CCA).22
2.2.3 Định dạng khung tin PPDU.22
2.3 Tầng điều khiển dữliệu ZigBee/IEEE 802.15.4 MAC.23
2.3.1 Cấu trúc siêu khung.23
2.3.1.1 Khung CAP.25
2.3.1.2 Khung CFP.25
2.3.1.3 Khoảng cách giữa hai khung (IFS).25
2.3.2 Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sửdụng cảm biến sóng mang
CSMA-CA.26
2.3.3 Các mô hình truyền dữliệu.29
2.3.4 Phát thông tin báo hiệu beacon.32
2.3.5 Quản lý và phân phối khe thời gian đảm bảo GTS.32
2.3.6 Định dạng khung tin MAC.34
2.4 Tầng mạng của ZigBee/IEEE802.15.4.35
2.4.1 Dịch vụmạng.35
2.4.2 Dịch vụbảo mật.35
2.5 Tầng ứng dụng của ZigBee/IEEE 802.15.4.37
CHƯƠNG 3CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN CỦA ZigBee/IEEE 802.15.4.39
3.1 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV (Ad hoc On Demand Distance
Vector).39
3.2 Thuật toán hình cây.42
3.2.1 Thuật tóan hình cây đơn nhánh.42
3.2.2 Thuật toán hình cây đa nhánh.45
CHƯƠNG 4 Mô phỏng thuật toán định tuyến trong mạng mesh của
ZigBee/IEEE802.15.4 bằng phần mềm MatLab và Visual C.51
4.1 Sơ đồthuật toán.51
4.2 Kết quảvà đánh giá.52
4.3 Kết luận.55
PHỤLỤC.56
Mã nguồn của chương trình:.56
Tài liệu thamkhảo.69
Hàng ngày chúng ta đều thấy những ví dụ mới về cách thức mà công nghệ thông tin và
viễn thông (ICT) tác động làm thay đổi cuộc sống của con người trên thế giới. Từ mức
độ này hay mức độ khác, cuộc cách mạng kỹ thuật số đã lan rộng đến mọi ngõ ngách
trên toàn cầu.
Trong mạng viễn thông ngày này, con người đang quản lý, trao đổi, giao tiếp tranh
luận, “làm chính trị”, mua bán và thử nghiệm – nghĩa là thực hiện tất cả các loại hình
hoạt động bằng cách thức mà chỉ có ICT mới có thể làm được. Mạng viễn thông đã tạo
ra một cầu nối liên kết loài người trên khắp hành tinh của chúng ta, và đang mở rộng
không ngừng, đầy hứa hẹn, hy vọng và không một chút bí ẩn. Tuy vậy, trong một dải
băng tần eo hẹp vẫn còn tồn đọng nhiều thách thức nếu muốn đạt được đầy đủ tiềm
năng đó. Các nhà khoa học trên thế giới đã nghĩ đến việc sử dụng các băng tần cao
hơn, nhưng việc này đang vấp phải nhiều trở ngại vì công nghệ điện tử và chế tạo chưa
theo kịp. Vì vậy một giải pháp cấp bách được đưa ra là sử dụng chung kênh tần số, mặc
dù vẫn còn nhiều vấn đề phát sinh, ví dụ như là can nhiễu lẫn nhau giữa các thiết bị
cùng tần số, hay là vấn đề xung đột giữa các thiết bị... Một trong những công nghệ mới
hiện đang được ứng dụng trong các mạng liên lạc đã đạt được hiệu quả là công nghệ
ZigBee.
Công nghệ ZigBee là công nghệ được áp dụng cho các hệ thống điều khiển và cảm
biến có tốc độ truyền tin thấp nhưng chu kỳ hoạt động dài. Công nghệ ZigBee hoạt
động ở dải tần 868/915 MHz và 2,4 GHz, với các ưu điểm là độ trễ truyền tin thấp, tiêu
hao ít năng lượng, giá thành thấp, ít lỗi, dễ mở rộng, khả năng tương thích cao. Trong
luận văn này, em muốn trình bày các khảo cứu của em về công nghệ ZigBee và mô
phỏng thuật toán định tuyến của ZigBee để có thể hiểu rõ hơn về công nghệ này.
Hy vọng thông qua các vấn đề được đề cập trong bản luận văn này, bạn đọc sẽ có được
sự đánh giá và hiểu biết sâu sắc hơn về công nghệ ZigBee/IEEE 802.15.4 và vai trò
cũng như tiềm năng của nó trong cuộc sống.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WPAN.
1.1 Khái niệm mạng WPAN (Wireless Personal Area Network).
Mạng cá nhân không dây được sử dụng để phục vụ truyền thông tin trong những
khoảng cách tương đối ngắn. Không giống như mạng WLAN(mạng cục bộ không dây),
mạng WPAN có thể liên lạc hiệu quả mà không đòi hỏi nhiều về cớ sở hạ tầng. Tính
năng này cho phép có thêm các hướng giải quyết rẻ tiền, nhỏ gọn mà vẫn đem lại hiệu
suất cao trong liên lạc nhất là trong một băng tần eo hẹp.
1.2 Sự phát triển của mạng WPAN
Trong suốt giữa thế kỷ 20 mạng điện thoại có dây đã được dử dụng rộng rãi và là
một nhu cầu tất yếu cho cuộc sống. Tuy nhiên một thực tế đặt ra là khi xã hội ngày
càng phát triển, các nhu cầu dịch vụ cũng vì thế mà tăng theo, trong thông tin liên lạc
chi phí cho những phát sinh của mạng điện thoại có dây cũng tăng cộng thêm nhu cầu
về tính cơ động trong thông tin liên lạc,…Và mạng điện thoại tế bào ra đời chính là xu
phát triển, mở rộng tất yếu của mạng điện thoại có dây. Mạng điện thoại tế bào và biện
pháp sử dụng lại tần số là phượng pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người
dùng độc lập trên một dải tần vô tuyến hạn chế (Ví dụ như các chuẩn GSM, IS-136, IS-
95).
Trong thời gian giữa những năm 198x, chuẩn IEEE 802.11 ra đời phục vụ cho
mạng WLAN (wireless local area network) nhằm thỏa mãn nhu cầu của các vùng tế
bào nhỏ hơn nhưng lại có lưu lượng dữ liệu và mật độ người dùng cao. Trong khi mà
IEEE 802.11 đề cập đến những thứ như là tốc độ truyền tin trong Ethernet, chuyển tiếp
tin, lưu lượng dữ liệu trong khoảng cách tương đối xa (khoảng 100m), thì WPAN lại
tập trung giải quyết vấn đề về điều khiển dữ liệu trong những khoảng không gian nhỏ
hơn (bán kính 30m). chức năng của chuẩn mạng WPAN là suy hao năng lượng nhỏ,
tiêu tốn ít năng lượng, vận hành trong vùng không gian nhỏ, kích thước bé. Chính vì
thế mà nó tận dụng được tốt nhất ưu điểm của kỹ thuật sử dụng lại kênh tần số, đó là
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
Lời nói đầu.5
CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀMẠNG WPAN.6
1.1 Khái niệm mạng WPAN.6
1.2 Sựphát triển của mạng WPAN.6
1.3 Phânloại các chuẩn mạng WPAN.7
1.4 Khái quát vềZigBee/ IEEE 802.15.4.7
1.4.1 Kháiniệm.7
1.4.2 Đặc điểm.7
1.4.3 Ưu điểm của ZigBee/IEEE802.15.4 với Bluetooth/IEEE802.15.1.8
1.4 Mạng ZigBee/ IEEE 802.15.4 LR-WPAN.9
1.4.2 Thành phần của mạng LR-WPAN.9
1.4.3 Kiến trúc liên kết mạng.10
1.5.2.1 Cấu trúc liên kết mạng hình sao (Star).11
1.5.2.2 Cấu trúc liên kết mạng mắt lưới (mesh).11
1.5.2.3 Cấu trúc liên kết mạng hình cây (cluster-tree).12
CHƯƠNG 2CHUẨNZigBee/IEEE 802.15.4.14
2.1 Mô hình giao thức của ZigBee/IEEE802.15.4.14
2.2 Tầng vật lý ZigBee/IEEE 802.15.4.15
2.2.1 Mô hình điều chếtín hiệu của tầng vật lý.17
2.2.1.1 Điều chếtín hiệu của tầng PHY tại dải số2.4 GHz.17
2.2.1.1.1 Sơ đồ điều chế.17
2.2.1.1.2 Bộchuyển bit thành k ý tự:.17
2.2.1.1.3 Bộchuyển ký tựthành chip:.17
2.2.1.1.4 Bộ điều chếO-QPSK :.19
2.2.1.2 Điều chếtín hiệu của tầng PHY tại dải tần 868/915MHz.20
2.2.1.2.1 Sơ đồ điều chế.20
2.2.1.2.2 Bộmãhóa vi phân.20
2.2.1.2.3 Bộánh xạbit thành chip.21
2.2.1.2.4 Bộ điều chếkhóa dịch pha nhịphân BPSK.21
2.2.2 Các thông sốkỹthuật trọng tầng vật lý của IEEE 802.15.4.21
2.2.2.1 ChỉsốED (energy detection).21
2.2.2.2 Chỉsốchất lượng đường truyền (LQI).22
2.2.2.3 Chỉsố đánh giá kênh truyền (CCA).22
2.2.3 Định dạng khung tin PPDU.22
2.3 Tầng điều khiển dữliệu ZigBee/IEEE 802.15.4 MAC.23
2.3.1 Cấu trúc siêu khung.23
2.3.1.1 Khung CAP.25
2.3.1.2 Khung CFP.25
2.3.1.3 Khoảng cách giữa hai khung (IFS).25
2.3.2 Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sửdụng cảm biến sóng mang
CSMA-CA.26
2.3.3 Các mô hình truyền dữliệu.29
2.3.4 Phát thông tin báo hiệu beacon.32
2.3.5 Quản lý và phân phối khe thời gian đảm bảo GTS.32
2.3.6 Định dạng khung tin MAC.34
2.4 Tầng mạng của ZigBee/IEEE802.15.4.35
2.4.1 Dịch vụmạng.35
2.4.2 Dịch vụbảo mật.35
2.5 Tầng ứng dụng của ZigBee/IEEE 802.15.4.37
CHƯƠNG 3CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN CỦA ZigBee/IEEE 802.15.4.39
3.1 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV (Ad hoc On Demand Distance
Vector).39
3.2 Thuật toán hình cây.42
3.2.1 Thuật tóan hình cây đơn nhánh.42
3.2.2 Thuật toán hình cây đa nhánh.45
CHƯƠNG 4 Mô phỏng thuật toán định tuyến trong mạng mesh của
ZigBee/IEEE802.15.4 bằng phần mềm MatLab và Visual C.51
4.1 Sơ đồthuật toán.51
4.2 Kết quảvà đánh giá.52
4.3 Kết luận.55
PHỤLỤC.56
Mã nguồn của chương trình:.56
Tài liệu thamkhảo.69
Hàng ngày chúng ta đều thấy những ví dụ mới về cách thức mà công nghệ thông tin và
viễn thông (ICT) tác động làm thay đổi cuộc sống của con người trên thế giới. Từ mức
độ này hay mức độ khác, cuộc cách mạng kỹ thuật số đã lan rộng đến mọi ngõ ngách
trên toàn cầu.
Trong mạng viễn thông ngày này, con người đang quản lý, trao đổi, giao tiếp tranh
luận, “làm chính trị”, mua bán và thử nghiệm – nghĩa là thực hiện tất cả các loại hình
hoạt động bằng cách thức mà chỉ có ICT mới có thể làm được. Mạng viễn thông đã tạo
ra một cầu nối liên kết loài người trên khắp hành tinh của chúng ta, và đang mở rộng
không ngừng, đầy hứa hẹn, hy vọng và không một chút bí ẩn. Tuy vậy, trong một dải
băng tần eo hẹp vẫn còn tồn đọng nhiều thách thức nếu muốn đạt được đầy đủ tiềm
năng đó. Các nhà khoa học trên thế giới đã nghĩ đến việc sử dụng các băng tần cao
hơn, nhưng việc này đang vấp phải nhiều trở ngại vì công nghệ điện tử và chế tạo chưa
theo kịp. Vì vậy một giải pháp cấp bách được đưa ra là sử dụng chung kênh tần số, mặc
dù vẫn còn nhiều vấn đề phát sinh, ví dụ như là can nhiễu lẫn nhau giữa các thiết bị
cùng tần số, hay là vấn đề xung đột giữa các thiết bị... Một trong những công nghệ mới
hiện đang được ứng dụng trong các mạng liên lạc đã đạt được hiệu quả là công nghệ
ZigBee.
Công nghệ ZigBee là công nghệ được áp dụng cho các hệ thống điều khiển và cảm
biến có tốc độ truyền tin thấp nhưng chu kỳ hoạt động dài. Công nghệ ZigBee hoạt
động ở dải tần 868/915 MHz và 2,4 GHz, với các ưu điểm là độ trễ truyền tin thấp, tiêu
hao ít năng lượng, giá thành thấp, ít lỗi, dễ mở rộng, khả năng tương thích cao. Trong
luận văn này, em muốn trình bày các khảo cứu của em về công nghệ ZigBee và mô
phỏng thuật toán định tuyến của ZigBee để có thể hiểu rõ hơn về công nghệ này.
Hy vọng thông qua các vấn đề được đề cập trong bản luận văn này, bạn đọc sẽ có được
sự đánh giá và hiểu biết sâu sắc hơn về công nghệ ZigBee/IEEE 802.15.4 và vai trò
cũng như tiềm năng của nó trong cuộc sống.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WPAN.
1.1 Khái niệm mạng WPAN (Wireless Personal Area Network).
Mạng cá nhân không dây được sử dụng để phục vụ truyền thông tin trong những
khoảng cách tương đối ngắn. Không giống như mạng WLAN(mạng cục bộ không dây),
mạng WPAN có thể liên lạc hiệu quả mà không đòi hỏi nhiều về cớ sở hạ tầng. Tính
năng này cho phép có thêm các hướng giải quyết rẻ tiền, nhỏ gọn mà vẫn đem lại hiệu
suất cao trong liên lạc nhất là trong một băng tần eo hẹp.
1.2 Sự phát triển của mạng WPAN
Trong suốt giữa thế kỷ 20 mạng điện thoại có dây đã được dử dụng rộng rãi và là
một nhu cầu tất yếu cho cuộc sống. Tuy nhiên một thực tế đặt ra là khi xã hội ngày
càng phát triển, các nhu cầu dịch vụ cũng vì thế mà tăng theo, trong thông tin liên lạc
chi phí cho những phát sinh của mạng điện thoại có dây cũng tăng cộng thêm nhu cầu
về tính cơ động trong thông tin liên lạc,…Và mạng điện thoại tế bào ra đời chính là xu
phát triển, mở rộng tất yếu của mạng điện thoại có dây. Mạng điện thoại tế bào và biện
pháp sử dụng lại tần số là phượng pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người
dùng độc lập trên một dải tần vô tuyến hạn chế (Ví dụ như các chuẩn GSM, IS-136, IS-
95).
Trong thời gian giữa những năm 198x, chuẩn IEEE 802.11 ra đời phục vụ cho
mạng WLAN (wireless local area network) nhằm thỏa mãn nhu cầu của các vùng tế
bào nhỏ hơn nhưng lại có lưu lượng dữ liệu và mật độ người dùng cao. Trong khi mà
IEEE 802.11 đề cập đến những thứ như là tốc độ truyền tin trong Ethernet, chuyển tiếp
tin, lưu lượng dữ liệu trong khoảng cách tương đối xa (khoảng 100m), thì WPAN lại
tập trung giải quyết vấn đề về điều khiển dữ liệu trong những khoảng không gian nhỏ
hơn (bán kính 30m). chức năng của chuẩn mạng WPAN là suy hao năng lượng nhỏ,
tiêu tốn ít năng lượng, vận hành trong vùng không gian nhỏ, kích thước bé. Chính vì
thế mà nó tận dụng được tốt nhất ưu điểm của kỹ thuật sử dụng lại kênh tần số, đó là
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links