基于CC2430的ZigBee节点设计及MAC层协议改进

生物制药行业中,环境因素变化会导致生物药品变质,因此,需要在生物制药或者生物发酵过程中对温度、湿度等一些环境参数进行实时监测,从而为生产合格的药品提供实时保证。无线传感器网络能够通过节点上的传感器对一些这些重要的环境参数进行感知、采集和实时监测,并将这些信息传递给生产者,具有部署快、无人值守、功耗低、性价比高等优点,十分适用于这种不适合搭建有线网络的生物信息监测系统。 本文基于ZigBee协议设计了用于生物信息监测的无线传感器网络节点,该节点采用带有8051内核的射频芯片CC2430,能够实时采集周围温度等环境参数信息。文中首先介绍了节点的系统设计,然后对节点的数据采集模块、处理器和无线通信模块、能量供应模块以及外围电路进行了详细介绍。基于ZigBee协议和Z-stack协议栈,通过移植TI公司的Z-Stack 1.4.3协议栈,实现节点间数据的无线传输,最终实现节点之间组网的目的。 为了解决节点数量大带来的传输延迟较大和吞吐量较低等问题,提高系统的实时性、高效性,对IEEE 802.15.4的CSMA/CA算法流程进行了分析改进,基于Markov模型,提出一种改进的CSMA/CA退避算法。该算法对退避机制中所设置的退避指数的最大值进行了无限制算法,也就是说,取消了其退避计数器的最大值限制。这样看起来经过了m个阶段的指数增加后,节点的退避计数器会增加到很大的值: 2 3 ? 2 3 ?5,但是这对于大规模的竞争节点来说,同时随机地选择同一个退避计数器的概率大大的降低了,这也大大的降低了冲突率。这样,提高了系统的吞吐量,同时提高了实时性。从大量的实验、分析得出,在节点数目较多的时候,吞吐量增大5%10%,传输延迟减少8%15%,表明改进MAC协议的优越性。