航天器数据采集无线传感器网络网关的设计与实现

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无线传感器网络是一种由大量传感器通过自组织和多跳的方式构成的无线分布式网络。用无线传感器网络替代航天器内部原有的有线传输网络,可以大大减少传输线路,提高飞行器的运载能力。在合理部署传感节点并组建无线传感器网络的前提下,为了实现在同一终端实时高速地采集网络中的传感信息,就需要设计一种具有高可靠性的无线传感器网络网关,这对于航天器内部的数据采集工作具有十分重要的意义。本论文针对航天器内部数据采集工作的功能与性能需求,设计了一种无线传感器网络网关。由于航天器数据采集无线传感器网络对设备的体积和功耗都有较高要求,因此只能采用轻量级低功耗的嵌入式微控制器来进行实现。基于此条件,本论文首先给出了航天器数据采集无线传感器网络网关的总体结构,然后在此基础上,通过采用基于6LoWPAN的数据采集网关协议栈,实现了无线传感器网络到IP网络的接入;通过设计网络层的路由转发机制,实现了传感器节点到网关的路由构建。在网关的性能方面:本论文通过设计基于ContikiOS的汇聚节点多进程通信方案,实现了数据的并发采集并保证了通信的可靠性;通过设计基于FreeRTOS的主控制器多任务调度策略,实现了数据高速传输并保证了调度的实时性。最终设计实现了基于轻量级低功耗嵌入式微控制器的航天器数据采集无线传感器网络网关。网关的功能与性能测试结果表明:在网络接入功能方面,网关与传感器节点之间的连通性良好,网关能够实现WSN与IP网络之间的互联互通;在网关丢包率和吞吐量性能方面,最大传输速率下的丢包率为0.5‰,网关的整体吞吐量为1.6Mbps。网关各项指标达到预期,具备良好的功能与性能。
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