基于Wi-Fi的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計與研究
加入技術(shù)交流群
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)綜合了微機電技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)感知和采集網(wǎng)絡(luò )分布區域內的各種信息，并進(jìn)行處理，再以無(wú)線(xiàn)方式傳送給用戶(hù)終端。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由大量體積小，成本低具有無(wú)線(xiàn)通信、傳感、數據處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成。
1 Wi-Fi
Wi-Fi(Wireless Fidelity)是無(wú)線(xiàn)通信標準IEEE 802．11，它是一種無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的標準。在有線(xiàn)局域網(wǎng)的基礎上通過(guò)無(wú)線(xiàn)HUB、無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)節點(diǎn)(AP)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡等設備使無(wú)線(xiàn)通信得以實(shí)現。Wi-Fi工作在2．4 GHz的ISM頻段上，總數據傳輸速率為2 Mb／s。兩個(gè)設備之間可以自由直接地進(jìn)行通信，也可以在基站或者訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)的協(xié)調下進(jìn)行通信。采用Wi-Fi的WSN，不僅能夠享受到成熟的Wi-Fi技術(shù)帶來(lái)的好處，還能在單節AA電池下維持數年的使用壽命。與ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )比較，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )則更成熟，在設備互操作上具備明顯優(yōu)勢，比ZigBee有更長(cháng)的通信距離、更快的通信速率。基于IP的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠非常方便地實(shí)現與已經(jīng)安裝在企業(yè)和家庭中的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)縫連接，而且還具有更好的安全性。
2 硬件設計
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)主要由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、電源模塊構成，如圖1所示。
數據處理和控制模塊是傳感器節點(diǎn)的核心，它主要實(shí)現設備控制、任務(wù)調度、資源管理、功耗管理等功能。GainSpan公司推出的Wi-Fi芯片GS1010，將兩個(gè)ARM7 32位微處理器、384 KB閃存、224 KB SRAM，A／D，RTC和802．11無(wú)線(xiàn)芯片以及一整套豐富的外部I／O外設等全部設計在一只非常小的QFN封裝微型單芯片中。它可將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的處理器模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊集成在一起，實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)化、微型化。高度集成的無(wú)線(xiàn)SoC設計，可減少系統成本，降低應用設計的復雜性，使設備功耗非常低。靈活配置的多個(gè)I／O接口，可以與多個(gè)傳感器相連接，系統設計更容易整合。
3 軟件設計
μC／OS-Ⅱ的前身是μC／OS，它是一種免費公開(kāi)源代碼的實(shí)時(shí)操作系統，具有執行效率高，占用空間小，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴展性強等特點(diǎn)。它包含了任務(wù)調度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。這里的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的軟件設計包括：無(wú)線(xiàn)功能(802．11)、GS1010 APIs、電源優(yōu)化管理、網(wǎng)絡(luò )管理、系統管理和配置、I／O的服務(wù)和驅動(dòng)程序、安全等，如圖2所示。
評論