基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng)絡設計與研究
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無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)綜合了微機電技術、傳感器技術、嵌入式技術、網(wǎng)絡技術以及無線通信技術，能夠協(xié)作地實時感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內的各種信息，并進行處理，再以無線方式傳送給用戶終端。無線傳感器網(wǎng)絡由大量體積小，成本低具有無線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理能力的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成。
1 Wi-Fi
Wi-Fi(Wireless Fidelity)是無線通信標準IEEE 802．11，它是一種無線局域網(wǎng)的標準。在有線局域網(wǎng)的基礎上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點(AP)、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設備使無線通信得以實現(xiàn)。Wi-Fi工作在2．4 GHz的ISM頻段上，總數(shù)據(jù)傳輸速率為2 Mb／s。兩個設備之間可以自由直接地進行通信，也可以在基站或者訪問點的協(xié)調下進行通信。采用Wi-Fi的WSN，不僅能夠享受到成熟的Wi-Fi技術帶來的好處，還能在單節(jié)AA電池下維持數(shù)年的使用壽命。與ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡比較，Wi-Fi網(wǎng)絡則更成熟，在設備互操作上具備明顯優(yōu)勢，比ZigBee有更長的通信距離、更快的通信速率。基于IP的聯(lián)網(wǎng)技術能夠非常方便地實現(xiàn)與已經(jīng)安裝在企業(yè)和家庭中的網(wǎng)絡進行無縫連接，而且還具有更好的安全性。
2 硬件設計
無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊構成，如圖1所示。
數(shù)據(jù)處理和控制模塊是傳感器節(jié)點的核心，它主要實現(xiàn)設備控制、任務調度、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ARM7 32位微處理器、384 KB閃存、224 KB SRAM，A／D，RTC和802．11無線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。它可將無線傳感器網(wǎng)絡的處理器模塊和無線收發(fā)模塊集成在一起，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線化、微型化。高度集成的無線SoC設計，可減少系統(tǒng)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I／O接口，可以與多個傳感器相連接，系統(tǒng)設計更容易整合。
3 軟件設計
μC／OS-Ⅱ的前身是μC／OS，它是一種免費公開源代碼的實時操作系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。它包含了任務調度、任務管理、時間管理、內存管理和任務間的通信和同步等基本功能。這里的無線傳感器網(wǎng)絡的軟件設計包括：無線功能(802．11)、GS1010 APIs、電源優(yōu)化管理、網(wǎng)絡管理、系統(tǒng)管理和配置、I／O的服務和驅動程序、安全等，如圖2所示。
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