基于WiMAX技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，微處理器采用三星公司的S3C2440A芯片，該微處理器基于ARM920T內(nèi)核，它的杰出特點(diǎn)是16／32位RISC處理器，實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16 kB指令CACHE與16 kB數(shù)據(jù)CACHE，每個(gè)都由8 Byte長的行組成，通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，S3C2440A芯片在實(shí)現(xiàn)高速率低功耗的同時(shí)減少總體系統(tǒng)成本以及無需配置額外的組件。圖中S3C2440A芯片以SPI模式對傳感器模塊CC1110進(jìn)行控制，共有6條信號(hào)，其中，SCLK為時(shí)鐘信號(hào)，負(fù)責(zé)調(diào)整MCU與CC1110的信號(hào)同步；GD01為連續(xù)配置接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸出；CSn作為連續(xù)配制接口字，負(fù)責(zé)芯片的選擇；GD00是作為一般用途的數(shù)字輸出腳，它的功能為測試信號(hào)、FIFO狀態(tài)信號(hào)、時(shí)鐘輸出以及連續(xù)輸入TX數(shù)據(jù)；它與GD02承擔(dān)數(shù)字輸出功能，與GD00作用相類似；SI是數(shù)字輸入信號(hào)，作為連續(xù)配置接口承擔(dān)接收數(shù)據(jù)輸入的功能。CC1110裝備了內(nèi)置的狀態(tài)機(jī)，可以用來在不同的操作狀態(tài)之間切換。當(dāng)CHIP_RDYn引腳拉低時(shí)，內(nèi)部功率增加序列完成，在CSn拉低后，可選的電磁波激活功能(WOR)使CC1110周期性地從深度休眠狀態(tài)激活，從而不需要S3C2440A的作用即能偵測到發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包。在WOR啟用的狀態(tài)下，在SWOR命令濾波被送到SPI接口后，當(dāng)CSn被釋放后CC1110會(huì)進(jìn)入體眠狀態(tài)，在WOR濾波使用前RC振蕩器必須啟用。在定時(shí)器終止后，芯片上的定時(shí)器將使CC1110再次進(jìn)入空閑狀態(tài)。經(jīng)過一段RX中的可控時(shí)間，芯片返回休眠狀態(tài)，直至被WOR拉低喚醒。當(dāng)TX開啟時(shí)，芯片將保持TX狀態(tài)直到當(dāng)前數(shù)據(jù)包已被成功地發(fā)送。通過使用命令濾波，由MCSM1．TXOFF_MODE設(shè)置能自動(dòng)地將CC1110從RX狀態(tài)轉(zhuǎn)變到TX狀態(tài)，若通信控制裝置當(dāng)前處在發(fā)送狀態(tài)且SRX濾波正在使用，則當(dāng)前傳輸將被終止，且向RX轉(zhuǎn)換。

8 CC1110無線數(shù)傳數(shù)據(jù)字節(jié)分配
室外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包格式如圖4所示。前導(dǎo)是一個(gè)交互式的0、1序列，前導(dǎo)字節(jié)長度由MDMCF1．NU_PREAMBLE控制字可編程控制。當(dāng)啟用TX時(shí)，調(diào)制器開始傳動(dòng)前導(dǎo)，當(dāng)控制字節(jié)的前導(dǎo)被傳送完畢時(shí)，調(diào)制器開始發(fā)送設(shè)置于SYNC1與SYNC0寄存器中的同步詞匯，該字節(jié)提供傳入數(shù)據(jù)包的字節(jié)同步。接著發(fā)送由PKTCTRL0．LENGTH_CONFIG寄存器來設(shè)置，數(shù)據(jù)包長度應(yīng)該定義為有效荷載數(shù)據(jù)，不包括長度字節(jié)和可選CRC校驗(yàn)，PKTLEN寄存器用來設(shè)置RX中允許的最大數(shù)據(jù)包長度，任何長度字節(jié)值大于PKTLEN的接收數(shù)據(jù)包將被丟棄。然后，MCU開始處理裝置檢查目的地址，當(dāng)?shù)芈毱ヅ鋾r(shí)才繼續(xù)進(jìn)行接收。若自動(dòng)CRC校驗(yàn)檢查開啟，則數(shù)據(jù)包處理裝置計(jì)算CRC，并將它同附加CRC檢驗(yàn)和相匹配。

鑒于以上對數(shù)字化校園室外網(wǎng)絡(luò)的研究，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以采用多個(gè)無線傳感基站，采用重疊交叉無線覆蓋的方式，完成區(qū)域的無縫無線覆蓋。首先，選擇網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為校園無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都工作在電磁波激活模式，使用多跳方式來續(xù)傳其它節(jié)點(diǎn)的信息交流業(yè)務(wù)；其次，將整個(gè)校園室外無線網(wǎng)絡(luò)劃分成各個(gè)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)小區(qū)都有自己的基站接入點(diǎn)服務(wù)；再次，采用無線與有線相結(jié)合的方式。將多模光纖連接到移動(dòng)用戶終端集中的場所中；最后，根據(jù)校園所在的環(huán)境特點(diǎn)，以室外的無線控制集中器為中心，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向四周不同層次的交流空間擴(kuò)散，促進(jìn)信息的高速傳播。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)搜索路徑采用基于最小跳數(shù)的信息轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何節(jié)點(diǎn)向集中器發(fā)送的信息都將沿著最短路徑傳送。

9 結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)采用校園內(nèi)同一區(qū)域分別組網(wǎng)的方式來對比WLAN與本方案的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，采用通用的Adhoc BSS組網(wǎng)模式，站點(diǎn)隨機(jī)分布在200 m×200m的教學(xué)樓與校園花園內(nèi)，通過對動(dòng)態(tài)的RF環(huán)境進(jìn)行檢測，勘測整個(gè)RF環(huán)境是否存在影響無線傳輸性能的干擾，并且通過無線網(wǎng)絡(luò)的信道吞吐量檢測，考察無線AP的數(shù)據(jù)處理能力。監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)流量情況并進(jìn)行協(xié)議分析，分析WLAN與本方案內(nèi)運(yùn)行的協(xié)議種類，以及各種協(xié)議所占比例，查看是否有異常的協(xié)議和流量在運(yùn)行。從而有效地量化用戶的無線網(wǎng)絡(luò)性能，為用戶提供調(diào)整浣善整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)及方案。表1為本方案與WLAN通過校園組網(wǎng)實(shí)地測定后得出的參數(shù)對照表。從該表中可以清楚地分析出，對比WLAN組網(wǎng)，經(jīng)過本方案Wimax與CC1110傳感網(wǎng)絡(luò)的校園組網(wǎng)數(shù)據(jù)延時(shí)更短，吞吐量更高，數(shù)據(jù)丟包率更小，性能指標(biāo)更趨于優(yōu)異。

WiMAX技術(shù)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在寬帶網(wǎng)絡(luò)IP化、移動(dòng)化、寬帶化的進(jìn)程中逐漸壯大的。從最初的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與WiFi相配合解決無線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋問題到如今的無線傳感網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶城域網(wǎng)可以看出，WiMAX技術(shù)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)憑借其技術(shù)優(yōu)勢，必將在未來有廣闊的發(fā)展前景。從組網(wǎng)的角度看，校園整體性無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要全局考慮、細(xì)致分工布局，這樣才能建設(shè)成一個(gè)真正滿足需求的、可運(yùn)營、可管理的無線校園網(wǎng)絡(luò)。