專利名稱：低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種采用MSP430F149處理器和無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成、通過無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的1個(gè)重要特點(diǎn)是擺脫了傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的連線限制，解決了成本問題，得到了大量的應(yīng)用，但并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行的基于Zigbee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了大范圍分布式數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸與綜合處理，但是由于傳感器節(jié)點(diǎn)功耗偏高，且其基站建設(shè)成本較高，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)是一次性的，要求節(jié)點(diǎn)低功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)一種具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高以及功耗低等特點(diǎn)，能夠滿足互相關(guān)流量在線測(cè)量的要求的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成包括以下4個(gè)基本單元傳感探測(cè)單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成)、處理控制單元 (包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等)、無(wú)線通信單元(由無(wú)線通信模塊組成)以及供電單元；傳感探測(cè)單元由傳感器采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)待測(cè)對(duì)象的信息，處理控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)等功能，無(wú)線通信單元負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間通信，供電單元通常選取小型化、高容量的電池，以確保節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)壽命和微型化；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件采用C語(yǔ)言編程，考慮到通信的可靠性、數(shù)據(jù)在底層無(wú)線傳輸中需要增加必要的協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)中對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，格式為前導(dǎo)碼、地址、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼，針對(duì)nRF403芯片，支持UART方式下使用0x55FF(十六進(jìn)制)作為前導(dǎo)碼；地址作為不同應(yīng)答點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，有效數(shù)據(jù)載荷則包含滿足上層設(shè)計(jì)協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包末尾增加檢驗(yàn)碼可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，數(shù)據(jù)封裝與處理全部由處理控制單元實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有益效果節(jié)點(diǎn)數(shù)目大大減少，適于在特殊環(huán)境下實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)，伴隨著無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和新的能量解決方案的提出，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)可以解決支節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及用戶應(yīng)用接口的實(shí)現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成框圖。圖2節(jié)點(diǎn)測(cè)試流程圖。
具體實(shí)施例方式
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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成包括以下4個(gè)基本單元傳感探測(cè)單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成)、處理控制單元(包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等)、無(wú)線通信單元(由無(wú)線通信模塊組成)以及供電單元；傳感探測(cè)單元由傳感器采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)待測(cè)對(duì)象的信息，處理控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)等功能，無(wú)線通信單元負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間通信，供電單元通常選取小型化、高容量的電池，以確保節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)壽命和微型化；實(shí)現(xiàn)超低功耗即可延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的壽命；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件采用C語(yǔ)言編程，考慮到通信的可靠性、數(shù)據(jù)在底層無(wú)線傳輸中需要增加必要的協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)中對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，格式為前導(dǎo)碼、地址、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼，針對(duì)HRF403芯片，支持UART方式下使用 0x55FF(十六進(jìn)制)作為前導(dǎo)碼；地址作為不同應(yīng)答點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，有效數(shù)據(jù)載荷則包含滿足上層設(shè)計(jì)協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包末尾增加檢驗(yàn)碼可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，數(shù)據(jù)封裝與處理全部由處理控制單元實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)的能量消耗有3個(gè)方面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)采集、處理控制單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理和無(wú)線通信單元的數(shù)據(jù)接收/發(fā)射，其中能量消耗最大的是在射頻信號(hào)發(fā)射過程中，因此， 必須合理地切換芯片收發(fā)，并設(shè)置節(jié)點(diǎn)休眠與喚醒狀態(tài)，以最大限度降低能量消耗。對(duì)應(yīng)nRF403使用的415MHz頻段，在組網(wǎng)設(shè)計(jì)中通信方式采用TDMA(時(shí)分復(fù)用) 方式sink點(diǎn)分時(shí)段查詢網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)，當(dāng)信道處于阻塞狀態(tài)則采用隨機(jī)退避機(jī)制，等待信道處于空閑狀態(tài)再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各節(jié)點(diǎn)在通信過程中必須避免長(zhǎng)時(shí)間占用信道；為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠性和高效性，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的通信協(xié)議；SPINGensor Protocolfor Information via Negotiation)是以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，通過協(xié)商機(jī)制避免數(shù)據(jù)傳輸過程中的“內(nèi)爆”和“重疊”問題，傳感器各節(jié)點(diǎn)只有符合相應(yīng)的請(qǐng)求時(shí)，才有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)信息；SPIN協(xié)議中有3種類型的消息ADV廣播數(shù)據(jù)發(fā)送、REQ請(qǐng)求數(shù)據(jù)接收和 DATA數(shù)據(jù)封裝，自組織無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煞譃?種(1)基于簇(Cluster)的分層結(jié)構(gòu)，簇頭就是分布式處理中心，收集簇成員數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理和融合，最后將數(shù)據(jù)由其它簇頭多跳轉(zhuǎn)發(fā)或直接傳回sink點(diǎn)；(2)基于網(wǎng)(Mesh)的平面結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一張網(wǎng)，臨近節(jié)點(diǎn)直接通信，在個(gè)別鏈路和傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)生失效時(shí)不會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)分離；(3)基于鏈(Chain)的線結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下傳感器節(jié)點(diǎn)被串聯(lián)在1條或多條鏈上，鏈尾與用戶節(jié)點(diǎn)相連，由于鏈型結(jié)構(gòu)更易于在網(wǎng)絡(luò)初始化中實(shí)現(xiàn)，因此，本設(shè)計(jì)中采用該種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br> 權(quán)利要求
1.一種低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成包括以下4個(gè)基本單元傳感探測(cè)單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成)、處理控制單元(包括CPU、 存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等)、無(wú)線通信單元(由無(wú)線通信模塊組成)以及供電單元；傳感探測(cè)單元由傳感器采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)待測(cè)對(duì)象的信息，處理控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)等功能，無(wú)線通信單元負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間通信，供電單元通常選取小型化、高容量的電池，以確保節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)壽命和微型化；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件采用C語(yǔ)言編程，考慮到通信的可靠性、數(shù)據(jù)在底層無(wú)線傳輸中需要增加必要的協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)中對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，格式為前導(dǎo)碼、地址、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼，針對(duì)nRF403芯片，支持UART方式下使用 0x55FF(十六進(jìn)制)作為前導(dǎo)碼；地址作為不同應(yīng)答點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，有效數(shù)據(jù)載荷則包含滿足上層設(shè)計(jì)協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包末尾增加檢驗(yàn)碼可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，數(shù)據(jù)封裝與處理全部由處理控制單元實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于節(jié)點(diǎn)的能量消耗有3個(gè)方面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)采集、處理控制單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理和無(wú)線通信單元的數(shù)據(jù)接收/發(fā)射，其中能量消耗最大的是在射頻信號(hào)發(fā)射過程中，因此，必須合理地切換芯片收發(fā)，并設(shè)置節(jié)點(diǎn)休眠與喚醒狀態(tài)，以最大限度降低能量消耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于對(duì)應(yīng)riRF403使用的415MHz頻段，在組網(wǎng)設(shè)計(jì)中通信方式采用TDMA(時(shí)分復(fù)用)方式sink點(diǎn)分時(shí)段查詢網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)，當(dāng)信道處于阻塞狀態(tài)則采用隨機(jī)退避機(jī)制，等待信道處于空閑狀態(tài)再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各節(jié)點(diǎn)在通信過程中必須避免長(zhǎng)時(shí)間占用信道；為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠性和高效性， 關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的通信協(xié)議；SPIN (Sensor Protocolfor Information via Negotiation) 是以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，通過協(xié)商機(jī)制避免數(shù)據(jù)傳輸過程中的“內(nèi)爆”和“重疊” 問題，傳感器各節(jié)點(diǎn)只有符合相應(yīng)的請(qǐng)求時(shí)，才有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)信息；SPIN協(xié)議中有3種類型的消息ADV廣播數(shù)據(jù)發(fā)送、REQ請(qǐng)求數(shù)據(jù)接收和DATA數(shù)據(jù)封裝，自組織無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煞譃?種(1)基于簇(Cluster)的分層結(jié)構(gòu)，簇頭就是分布式處理中心， 收集簇成員數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理和融合，最后將數(shù)據(jù)由其它簇頭多跳轉(zhuǎn)發(fā)或直接傳回sink 點(diǎn)；(2)基于網(wǎng)(Mesh)的平面結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一張網(wǎng)，臨近節(jié)點(diǎn)直接通信，在個(gè)別鏈路和傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)生失效時(shí)不會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)分離；(3)基于鏈(Chain)的線結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下傳感器節(jié)點(diǎn)被串聯(lián)在1條或多條鏈上，鏈尾與用戶節(jié)點(diǎn)相連，由于鏈型結(jié)構(gòu)更易于在網(wǎng)絡(luò)初始化中實(shí)現(xiàn)，因此，本設(shè)計(jì)中采用該種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br> 全文摘要
一種低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目大大減少，適于在特殊環(huán)境下實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)可以解決支節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及用戶應(yīng)用接口的實(shí)現(xiàn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成包括傳感探測(cè)單元、處理控制單元、無(wú)線通信單元以及供電單元；線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件采用C語(yǔ)言編程，設(shè)計(jì)中對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，格式為前導(dǎo)碼、地址、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼，針對(duì)nRF403芯片，支持UART方式下使用0x55FF作為前導(dǎo)碼；地址作為不同應(yīng)答點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，有效數(shù)據(jù)載荷則包含滿足上層設(shè)計(jì)協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包末尾增加檢驗(yàn)碼可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，數(shù)據(jù)封裝與處理全部由處理控制單元實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04W52/28GK102457932SQ201010519628
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者高旭 申請(qǐng)人:高旭