無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )3G網(wǎng)關(guān)的設計與研制

摘要：網(wǎng)關(guān)負責無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據出口，是其重要組成部分。3G網(wǎng)絡(luò )的到來(lái)將為無(wú)線(xiàn)數據傳輸帶來(lái)新一輪的發(fā)展。設計了一款與WCDMA網(wǎng)絡(luò )相結合的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)，采用以L(fǎng)PC2148 ARM7芯片為核心，與無(wú)線(xiàn)射頻芯片及華為EM770W模塊組成硬件系統；以μC／OS-Ⅱ作為實(shí)時(shí)操作系統，自主編寫(xiě)合適的通信協(xié)議及路由算法，盡可能的使網(wǎng)關(guān)處于休眠狀態(tài)，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗。試驗結果表明：本網(wǎng)關(guān)具有網(wǎng)絡(luò )傳輸速率快、低功耗、丟包率低等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；網(wǎng)關(guān)；寬帶碼分多址；嵌入式

0 引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，WSN)的研究與開(kāi)發(fā)是目前信息領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，國內外已有大量科技人員研究將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用于各領(lǐng)域。而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)關(guān)是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，為滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據傳感的周期性、同步性等特點(diǎn)，有必要研究適用于不同應用場(chǎng)合的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)。
文獻提出了一種可以通過(guò)以太網(wǎng)、公共電話(huà)網(wǎng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò )等多種方式進(jìn)行數據轉發(fā)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)基于A(yíng)RM7系列S3C44B-OX微控制器和μClinux嵌入式操作系統，運用多線(xiàn)程技術(shù)控制各通信方式并行執行，但數據的實(shí)時(shí)傳輸速率有待提高。文獻設計并實(shí)現了一種基于CC2420芯片的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現了與傳感器網(wǎng)絡(luò )的通信，并利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊實(shí)現了網(wǎng)關(guān)設備與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的連接。該嵌入式網(wǎng)關(guān)設備由核心板、底板和通信模塊組成，通過(guò)USB 2．0接口加載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡設備，選用WLAN作為網(wǎng)關(guān)與監控中心的空中接口。由于采用與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò )傳輸距離受到一定限制。文獻采用S3C2410，CS8900A組合設計了一款監測茶園空氣溫、濕度和土壤水分含量，由WSN網(wǎng)關(guān)通過(guò)有線(xiàn)以太網(wǎng)或GPRS對數據進(jìn)行遠程傳輸，實(shí)現對茶園旱情的遠程監測。但該網(wǎng)關(guān)是在A(yíng)RM實(shí)驗箱上實(shí)現的，且功耗較大。
本文在研究大量無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)文獻的基礎上，從提高數據的實(shí)時(shí)傳輸速率、降低網(wǎng)關(guān)功耗、盡可能延長(cháng)網(wǎng)關(guān)的生命周期出發(fā)，使用新型3G網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據的遠程傳輸，保證數據傳輸的高速率與穩定性。通過(guò)合理設計穩定的硬件系統與具有實(shí)時(shí)性的軟件系統，達到了WSN網(wǎng)關(guān)數據實(shí)時(shí)轉換和遠距離穩定傳輸的設計目的。

1 硬件系統
根據WSN網(wǎng)關(guān)設計的要求，結合WCDMA網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)。WSN網(wǎng)關(guān)由處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、3G通信模塊、數據備份模塊和電源模塊組成，如圖1所示。網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊接收節點(diǎn)傳輸的監測數據，通過(guò)格式轉換，由3G通信模塊發(fā)送給上位機控制中心，實(shí)現對數據的遠程監控。為了方便軟、硬件升級與調試，網(wǎng)關(guān)擴展了串口與SPI口。