基于Linux內(nèi)核的無線多頻段WSN網(wǎng)關設計

目前，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）正呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢。本文介紹一種無線多頻段WSN網(wǎng)關，可通過以太網(wǎng)或者移動通信網(wǎng)絡，監(jiān)控多個頻段的無線傳感器子網(wǎng)節(jié)點的運行情況。

1 系統(tǒng)總體結構

本文設計的系統(tǒng)在感知層采用4個頻段的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。各頻段子網(wǎng)通過一個多頻段網(wǎng)關裝置接入到網(wǎng)絡層。用戶可以通過監(jiān)控終端監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端既可以是固定的PC機，也可以是移動的3G設備。同時，網(wǎng)關還具備良好的擴展性，網(wǎng)關可以同時接入多個頻段的WSN網(wǎng)絡。多頻段WSN網(wǎng)關系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

　　
圖1 多頻段WSN網(wǎng)關系統(tǒng)結構框圖

2 網(wǎng)關硬件系統(tǒng)設計

網(wǎng)關的主控制單元采用ARM9芯片S3C2440A，主頻400 MHz，外擴64 MB SDRAM、64 MB NAND Flash。微處理器的外設數(shù)據(jù)控制器（PDC）向串行外設提供DMA通道，使其與片內(nèi)以及片外存儲器讀寫傳輸數(shù)據(jù)時不經(jīng)過處理器。

網(wǎng)關3G網(wǎng)絡接入端采用USB接口，實現(xiàn)與3G網(wǎng)絡的通信；無線傳感器網(wǎng)絡子網(wǎng)接入端分別是2．4 GHz子網(wǎng)接入模塊、780 MHz子網(wǎng)接入模塊、470 MHz子網(wǎng)接入模塊和433 MHz子網(wǎng)接入模塊，各子網(wǎng)模塊都是通過串口實現(xiàn)與網(wǎng)關主控制單元的通信。以太網(wǎng)控制部分整個網(wǎng)關的結構框圖如圖2所示。

圖2 以太網(wǎng)控制部分整個網(wǎng)關的結構框圖

2．1 多頻段無線傳感網(wǎng)子網(wǎng)接入部分

由于S3C2440A芯片自身只有3通道的串口。而4個頻段的子網(wǎng)接入模塊都是采用串行通信接口，ARM9芯片本身不能滿足本系統(tǒng)需求，所以需要利用外圍擴展芯片，設計串口擴展電路來滿足系統(tǒng)的需求。本設計采用TI公司的TL16C554A芯片，通過并行數(shù)據(jù)線和地址線擴展出來4路全功能串口。