基于A(yíng)RM-11的野外WSN基站設計與開(kāi)發(fā)

　　0 引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )利用大量廉價(jià)傳感器節點(diǎn)在目標區域探測并回傳數據，遠端計算機處理并提供信息給決策者.監測野外環(huán)境時(shí)，因為不可能做到大規模布線(xiàn)供給電源或傳輸數據，所以有線(xiàn)傳感方案不可行，利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題.野外環(huán)境不如室內環(huán)境理想，影響無(wú)線(xiàn)信號傳輸的因素不可控，可能導致數據損失較多.在現有解決方案中單個(gè)節點(diǎn)丟包率是80%~90%,經(jīng)過(guò)多跳返回至遠端計算機的數據少而且質(zhì)量差，不足以作為決策依據，從而失去監控意義.

　　既然單個(gè)節點(diǎn)傳輸數據不可靠，那么可以用一個(gè)較大但較為可靠的設備作為中繼基站，近距離高質(zhì)量地接收附近節點(diǎn)的數據，利用成熟可靠的技術(shù)回傳至遠端計算機，彌補現有解決方案的不足.基于A(yíng)RM11 的開(kāi)發(fā)板具有內存大.計算能力強.性能優(yōu)異穩定的特點(diǎn)，適于充當這里的中繼基站，實(shí)現數據的分類(lèi)發(fā)送和分方式發(fā)送，并且達到數據的一個(gè)定位功能，使傳感器網(wǎng)絡(luò )回傳的數據數量更多.質(zhì)量更好，使決策者了解的情況更加可靠，保證了監控意義.

　　1 基 站

　　基站即公用移動(dòng)通信基站是無(wú)線(xiàn)電臺站的一種形式，是指在一定的無(wú)線(xiàn)電覆蓋區中，通過(guò)移動(dòng)通信交換中心，與移動(dòng)電話(huà)終端之間進(jìn)行信息傳遞的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信電臺.

　　基站包括宏基站.微基站.射頻拉遠.直放站和室內分布系統.宏基站一般有專(zhuān)用的機架，可以提供容量，容量大，需要機房，可靠性較好，維護方便.微基站可以看成是微型化的基站，將所有的設備濃縮在一個(gè)比較小的機箱內，可以方便安裝；同時(shí)微基站和宏基站一樣可以提供容量.射頻拉遠是指將基站單個(gè)扇區的射頻部分用光纖拉到一定距離之外發(fā)射的設備，光纖拉遠的基帶部分安放在原基站，可以和原基站的其他扇區共用CE 等資源，可以提供容量.直放站是一種信號中繼器，對基站發(fā)出的射頻信號根據需要放大，本身不能提供容量，其應用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區域和容量要求比較小的廣域覆蓋.

　　應用最廣泛的直放站包括無(wú)線(xiàn)直放站和光纖直放站兩大類(lèi)，其中的區別主要是施主基站的信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)途徑還是光纖傳播到直放站.室內分布系統通過(guò)將宏基站.微基站和直放站等的射頻輸出信號為信號源引入到需要覆蓋的室內環(huán)境，來(lái)提高室內覆蓋性能，本身不能提供容量，包括有源和無(wú)源兩類(lèi)產(chǎn)品.

2 自適應網(wǎng)關(guān)設計

　　自適應網(wǎng)關(guān)的設計框圖如圖1 所示，以ARM-11 開(kāi)發(fā)板為核心接收節點(diǎn)采集的數據，并加載GPRS 模塊和3G 模塊來(lái)實(shí)施傳輸.接收的數據以文本形式和多媒體圖片形式進(jìn)行儲存，文本通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò )傳輸到終端手機，多媒體圖片通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )傳輸到終端PC.下面分別從文本.多媒體及數據類(lèi)型的判定三個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明.

　　2.1 文本文本中存儲的是節點(diǎn)采集的當地的溫度.濕度.光照等信息，通過(guò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò )傳送至ARM-11開(kāi)發(fā)板，文件結尾以。txt為后綴名.文本存儲的數據相對比較小，將借助GPRS 模塊，通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò )傳輸至手機終端，手機將會(huì )以短信的形式接收到信息.這樣，既能夠達到傳輸的質(zhì)量和速度，對網(wǎng)絡(luò )的負荷也相對較小.

　　2.2 多媒體多媒體數據是節點(diǎn)采集的當地周邊的地理信息，以圖片的形式，通過(guò)WiFi 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至ARM-11開(kāi)發(fā)板，文件結尾以。jpg為后綴名.文件存儲的數據相對比較大，將借助3G 模塊，通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )傳輸至終端PC,PC 將會(huì )以郵件附件的形式接收到信息.這樣，既能夠保證圖片的傳輸速度和質(zhì)量，也能夠充分利用3G 網(wǎng)絡(luò )對大文件的傳輸優(yōu)越性，做到網(wǎng)絡(luò )的充分利用.

　　2.3 數據類(lèi)型判定要做到數據的自適應傳輸，也就是上面所說(shuō)的文本數據和多媒體數據分別以2G 網(wǎng)絡(luò )和3G 網(wǎng)絡(luò )傳輸至終端，這里采用的是從文件的后綴名對文件一一進(jìn)行判定.如果遇到后綴名為。txt,則歸類(lèi)為文本文件，通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò )傳輸，同樣，若后綴名為。jpg,則歸類(lèi)為多媒體文件，通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )傳輸，因此實(shí)現自適應傳輸.

　　具體過(guò)程如下：

　?。?） 對文件逐個(gè)取地址.

　?。?） 判定.if（filename.endsWith（“.txt”）） 即文件后綴名是否為。txt.若判定為是，則判定其為文本數據，繼而調取短信發(fā)送函數發(fā)送.

　?。?） 若第2 步判定為非，則if（filename.endsWith（“.jpg”））即判定文件名是否以。jpg 為結尾.若判定為是，則文件為多媒體數據，繼而通過(guò)郵件發(fā)送函數發(fā)送.

　?。?） 若第（3） 步判定為非，則文件錯誤，跳過(guò)，繼續取下一文件地址.

　　3 測試

　　測試的重點(diǎn)是自適應傳輸.測試的環(huán)境選在西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院外的樹(shù)林中.主要流程如下：

　?。?） 布置10 個(gè)節點(diǎn)，其中5 個(gè)采集溫度.濕度.光照，5個(gè)采集多媒體數據；

　?。?） 搭建好基站初始化系統，發(fā)送采集到的文件；

　?。?） 終端查收文件.

　　基站初始化界面如圖2 所示，本系統的主要信息為基站名稱(chēng).接收信息的手機號碼.接收郵件的郵箱地址以及采集到當地坐標值.此外，還有相關(guān)的控制按鈕.