怎樣開始設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括三部分，第一部分是無線收發(fā)芯片，其職責(zé)是將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為高頻無線信號傳送出去和將接收到的高頻無線信號恢復(fù)成數(shù)字信息。無線傳感器收發(fā)芯片而言，IEEE 802.15.4能為無線傳感器應(yīng)用提供最佳方案，這是因為IEEE 802.15.4規(guī)范可能是主要且可能唯一的實用標(biāo)準(zhǔn)。目前全球有多家公司提供這方面的收發(fā)芯片。像TI公司的CC2420/CC2520等芯片都特別適用于鈕扣電池和低電能應(yīng)用的低功耗特性。

實現(xiàn)一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和路由器，可以采用多芯片方案，如圖3所示，由一個無線收發(fā)芯片和一個微控制器(單片機(jī))組成，微處理器可以采用低功耗的MSP430，無線芯片可以采用CC2520/CC2420等。

圖3 典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者路由器

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)有越來越多的公司，將無線收發(fā)器芯片和微控制器和無線收發(fā)器做成了一個片上系統(tǒng)(SoC)，例如TI公司采用8051內(nèi)核的CC2430/CC2431等ZigBee無線單片機(jī)，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對計算能力提高要求，最近Freescale公司也推出了ARM內(nèi)核的32位ZigBee無線單片機(jī)。使用這些SoC無線單片機(jī)設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將使無線傳感器節(jié)點具有更小的體積，更低的功耗和更低的價格；TI公司在國內(nèi)的技術(shù)合作伙伴無線龍科技公司等，也同時提供這些芯片，開發(fā)工具的相關(guān)技術(shù)支持。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架第二部分是運行于單片機(jī)或者無線單片機(jī)內(nèi)部的嵌入式軟件，也稱軟件協(xié)議棧(network stack)，網(wǎng)絡(luò)堆棧有兩個職責(zé)。首先它必須要處理節(jié)點間的無線鏈接通信質(zhì)量的頻繁變化和環(huán)境因數(shù)對無線通訊造成的干擾，具有對網(wǎng)絡(luò)自組織，自恢復(fù)的能力；網(wǎng)絡(luò)堆棧的第二個職能是要具有很強的路由算法能力，確保信息可靠高效地通過各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?星狀/網(wǎng)狀等等)從源節(jié)點(如果現(xiàn)有，可以通過成百上千路由節(jié)點)發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點。確保通訊的實時性要求。

ZigBee聯(lián)盟是由眾多技術(shù)供應(yīng)商和開發(fā)商組成的獨立標(biāo)準(zhǔn)組織。也是目前世界是最大的，基于IEEE 802.15.4平臺的網(wǎng)絡(luò)軟件協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)提供聯(lián)盟。

該組織從ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不斷發(fā)展，目前提供的兩個網(wǎng)絡(luò)棧是：ZigBee和ZigBee PRO。從使用角度看ZigBee堆棧很適合一般包含十到幾百個節(jié)點的小型網(wǎng)絡(luò)。而ZigBee PRO是ZigBee超集，它增加了一些功能，可對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展并更好地應(yīng)對來自其他技術(shù)的無線干擾，而且可以適應(yīng)更大型的網(wǎng)絡(luò)和具有更加可靠的路由通訊算法和無線通訊可靠性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架第三部分應(yīng)用軟件，這部分包括各種根據(jù)用戶現(xiàn)有開發(fā)的軟件代碼，這些代碼目前大部分是采用C語言來進(jìn)行開發(fā)，可以之間以接口和API方式，調(diào)用軟件協(xié)議棧的功能。

在多種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，我們認(rèn)為采用802.15.4國際標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee技術(shù)，作為我們設(shè)計無線傳感器系統(tǒng)的起步，有如下優(yōu)點：