無線
傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，在現(xiàn)實生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著
通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。目前，國內(nèi)外主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗硬件平臺設(shè)計、路南算法和拓?fù)淇刂�、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、定位技術(shù)等。這個設(shè)計以檢測
光線強度的傳感器為例，實現(xiàn)了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)傳感器所檢測的光線強弱來關(guān)閉或開啟指示燈。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、短程無線通信技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用。該
系統(tǒng)不需要對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動，不需要原先任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，能夠快速布置，方便調(diào)整，并且具有很好的可維護(hù)性和拓展性。
S <Q8kW: }#z E`IT IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)
2T5@~^:7u R<LW*8 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)適用于低速率、低功耗、低復(fù)雜度和短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線個域網(wǎng)(WPAN)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線傳輸過程中，采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問機制(CSMA／CA)，支持超幀結(jié)構(gòu)和時槽保障機制(GTS)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是星型網(wǎng)或點對點的對等網(wǎng)。該
標(biāo)準(zhǔn)定義了3種數(shù)據(jù)傳輸頻率，分別為868MHz、915MHz、2.4GHz。前兩種傳輸頻率采取BPSK的調(diào)制方式，后一種采取0-0PSK的調(diào)制方式。各種頻率分別支持20 kbit／s，40kbit／s和 250 kbit／s的無線數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離在0m～70m之間。本義中采用的是頻率為2.4GHz的無線發(fā)射模塊。
3Zg=ZnF Rg)\o(J 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)
w3Aq[1U0 ^T'+dGU` 網(wǎng)絡(luò)平臺組建
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;7me. 9;dP7o 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺由光強傳感器模塊、微處理器模塊、無線發(fā)射模塊三個部分組成，如圖1所示。微處理器模塊和無線發(fā)射模塊集成在一塊板子上，而光強傳感器模塊通過接口與微處理器相連，這樣可以通過更換不同的傳感器模塊來應(yīng)用于各種場合。
!? ?Cxs' :d/Z&LXD 光強傳感器模塊
]w%7/N0R V5KAiG<d 由于各種不同的應(yīng)用場合中需要采集的模擬量千籌萬刖，網(wǎng)絡(luò)平臺中傳感器模塊采用了擁有50針插針的通用接口。這樣可以通過更換不同的傳感器模塊子板來應(yīng)用于各種場合。傳感器
電路部分設(shè)計采用power。gating技術(shù)在無數(shù)據(jù)采集任務(wù)時降低功耗。
./kmI#gaV t(l TXG 微處理器模塊
aFo%B; 8 m BdUhFN* 微處理器選用8位低功耗微控制器ATMEGA128，數(shù)據(jù)吞吐率很高，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。相對于其他通用的8位微處理器來說，它具有非常豐富的資源，具有片內(nèi)128k字節(jié)的程序存儲器(Flash)，4k字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器(SRAM，可外擴到64k)和4k字節(jié)的EEPROM。它高速和大容量RAM的特性，為處理數(shù)據(jù)包提供了便利。
+<:p`% gtJ^8khME 無線發(fā)射模塊
9rB^)eV [KWF7GQi 無線發(fā)射模塊采用的是Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420是TI-Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。該
芯片只需極少外部元
器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。
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W(iU qfC9 {gu 組網(wǎng)類型
BxZ}YS: XT>e/x9' 在本文中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采取星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器作為中心節(jié)點，可以跟任何一個普通節(jié)點通信。普通節(jié)點上含有光強傳感器對周圍環(huán)境中的光信號強度
參數(shù)進(jìn)行測量、采樣，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)往中心節(jié)點，并且可以對中心節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)、命令進(jìn)行分析處理，完成相應(yīng)的操作。若兩個普通節(jié)點之間要傳送數(shù)據(jù)則必須經(jīng)過中心節(jié)點，由中心節(jié)點把數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的節(jié)點上。
( 4ow0} 1 @pytHN8( $ 組網(wǎng)流程
"R*B~73 P_-zk w 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個自組織的網(wǎng)絡(luò)，如果一個全功能節(jié)點被激活，它就可能建立一個網(wǎng)絡(luò)并把自己沒為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其他的普通節(jié)點可以申請加入該網(wǎng)絡(luò)。這樣就可以建成一個具有星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持超幀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器經(jīng)過能量掃描、主動信道掃描后，按照設(shè)定的參數(shù)周期性的發(fā)送信標(biāo)幀。普通節(jié)點首先經(jīng)過能量掃捕和被動信道掃描后，獲取信標(biāo)幀中包含網(wǎng)絡(luò)特征的參數(shù)，如信標(biāo)序號(beaconorder)、超幀序號(superframeorder)和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等。通過mlmeSyncRequest()函數(shù)(根據(jù)MLME-SYNC.request原語編寫)請求與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同步，再通過mlmeAssociateRequest()函數(shù)(根據(jù)MLME-ASSOCIATE.request原語編寫)請求與網(wǎng)絡(luò)協(xié)涮器關(guān)聯(lián)。在與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器關(guān)聯(lián)的過程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為每個請求關(guān)聯(lián)的普通節(jié)點分配16位的短地址。這樣在以后的數(shù)據(jù)傳送中就可以用短地址進(jìn)行通信，提高通信效率、降低發(fā)射中的能量消耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
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