GSM調制解調器集成傳感器節點(diǎn)簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)數據采集

一個(gè)或多個(gè)傳感器獲得信號，系統發(fā)送和處理從傳感器獲得的數據。傳感器節點(diǎn)可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )交流彼此的數據或者集中到一點(diǎn)。

因此傳感器網(wǎng)絡(luò )可以歸類(lèi)為一種數據采集網(wǎng)絡(luò )和數據分發(fā)網(wǎng)絡(luò )。典型數據采集系統由傳感器和處理實(shí)際信息的線(xiàn)路構成，數據分發(fā)網(wǎng)絡(luò )涉及到通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )拓撲，傳送和處理數據方法。使用的基本網(wǎng)絡(luò )拓撲星型、環(huán)形、總線(xiàn)型和網(wǎng)狀結構，如圖1所示。

圖1：網(wǎng)絡(luò )拓撲

傳感器網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的選擇取決于應用，數據處理類(lèi)型和需求。改善PC與現實(shí)世界連接性的需求正蓄勢待發(fā)。用到了很多傳感器和激勵，整合可用數據將它們互聯(lián)正成為必然。

傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的數量持續增加，有線(xiàn)連接有可能不能使用，因為有些傳感器要放置在偏遠地區。每個(gè)節點(diǎn)的成本也在下降，感應節點(diǎn)能到達的范圍也更寬了。低功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)還有許多先進(jìn)性，它可以用來(lái)設計更有效的系統。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比還能提供更好的可擴展性，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中加入一個(gè)新節點(diǎn)更容易。傳感器網(wǎng)絡(luò )需要平衡傳感器節點(diǎn)的性能和壽命。無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)可動(dòng)態(tài)配置來(lái)權衡，并且可以自動(dòng)操作進(jìn)行局部控制和電源管理。許多無(wú)線(xiàn)協(xié)議可以用作傳感器網(wǎng)絡(luò )，例如Zigbee、藍牙技術(shù)、GSM、Wi-Fi等。無(wú)線(xiàn)協(xié)議的選擇取決于傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的需要。

低功耗能力

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)只需要很少的維護，使用同一塊電池就可以工作好幾天，有時(shí)是幾個(gè)月。因此，低功率設計在現實(shí)世界的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中是非?？量痰?，并且還有一個(gè)基本要求，傳感器節點(diǎn)處理和傳送傳感器數據時(shí)要有非常低的功耗。

傳感節點(diǎn)中的傳感器通常測量緩慢變化的模擬量，節點(diǎn)只需要激活很短的一段時(shí)間來(lái)傳輸數據，然后進(jìn)入休眠。這就意味著(zhù)傳感器節點(diǎn)必須有優(yōu)秀的待機電流。并且，大部分的數據傳輸是從傳感器節點(diǎn)到基站。

網(wǎng)絡(luò )架構與通訊協(xié)議必須利用這種不對稱(chēng)的傳感器節點(diǎn)到基站的傳感通訊。低功耗傳感器設計是至關(guān)重要的。具備低功率功能傳感器的微型機電系統(MEMS)也是很關(guān)鍵的。傳感器節點(diǎn)可能工作在不同的、來(lái)源密集分布的節點(diǎn)環(huán)境中。傳感器節點(diǎn)也需要使用非常低的功率在噪聲環(huán)境中傳輸。

傳感器節點(diǎn)的數據集合

來(lái)自傳感器網(wǎng)絡(luò )的數據必須在一個(gè)集中的地點(diǎn)匯集和處理。傳感器網(wǎng)絡(luò )中數據處理可分為數據傳輸和數據采集。

數據傳輸由傳感器網(wǎng)絡(luò )中路由的信息處理。這些信息也可能是從傳感器獲得的數據或來(lái)自其它傳感器的數據請求?，F在已經(jīng)有很多傳感器網(wǎng)絡(luò )數據傳輸的算法。

數據采集算法在通信中數量特別大，從傳感節點(diǎn)開(kāi)始到結束都在通訊。在這種情況下，需要權衡的是延遲和功耗。在直接傳輸情況下，每一個(gè)節點(diǎn)直接將所收集的數據發(fā)送到中央網(wǎng)絡(luò )（在節點(diǎn)具備GSM能力的情況下）。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上面會(huì )跑一個(gè)操作系統。這使得擴充增加更多的無(wú)線(xiàn)傳感器變得更容易。

傳感器網(wǎng)絡(luò )的操作系統類(lèi)似于嵌入式操作系統，因為它們是為某個(gè)應用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，并不是通用的。而且，由于該系統有低功率和低成本的要求，所以不能用通用操作系統?？紤]到大多數傳感器網(wǎng)絡(luò )不需要實(shí)時(shí)能力，可以選擇較小的操作系統，如專(zhuān)為傳感節點(diǎn)設計的TinyOS。

圖2顯示了一個(gè)典型的使用GSM(全球移動(dòng)通信系統)調制解調器實(shí)現的傳感器網(wǎng)絡(luò )。這里所有的傳感器把其數據送到一個(gè)集中的服務(wù)器。服務(wù)器控制每個(gè)傳感器節點(diǎn)；然而，傳感器節點(diǎn)之間不能通訊。服務(wù)器必須干涉任何兩個(gè)傳感器節點(diǎn)之間的通信。

圖2：傳感器網(wǎng)絡(luò )的典型實(shí)現