專利名稱：無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無源無線傳感器網(wǎng)絡技術，特別涉及一種基于聲表面波諧振器的無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡是由分布在監(jiān)測區(qū)域的大量的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成的網(wǎng)絡，此網(wǎng)絡可以實時地監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，實現(xiàn)復雜的指定范圍內(nèi)目標的檢測與跟蹤。目前，無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境信息監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康監(jiān)護、建筑與家庭環(huán)境安全與調(diào)控、工業(yè)生產(chǎn)控制、城市交通管理、搶險救災、金融流通安全監(jiān)控、商品流通監(jiān)測以及危險區(qū)域遠程控制等許多領域得到廣泛的應用。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般采用電池供電方式進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)的無線傳輸，由于傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般布置在危險、移動、環(huán)境惡劣等人類不易接觸的地方，電池的更換和充電都非常困難，各種節(jié)能的方式雖然能延長電池的使用壽命，但是，對于某些需要長期監(jiān)控的場合還是得定期更換電池，例如對于土壤濕度和溫度的監(jiān)測、對建筑物結構安全的監(jiān)測、對機器設備工作運行狀況的監(jiān)測、對輪胎壓力和溫度的監(jiān)測、對電機扭矩和溫度的監(jiān)測，都需要長期監(jiān)測，電池的更換很麻煩。對處于運動或封閉空間的傳感位置和易燃易爆有毒等危險場合，電池不易更換，利用電池供電的傳感器網(wǎng)絡就難以應用。為了解決無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點供電的難題，2008年，Xiangwen Zhang和Fe1-YueWang在 Proceedings of 2008 IEEE International Conference onNetworking, Sensingand Control第1253-1258頁上發(fā)表文章“基于聲表面波諧振器的無源無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術(Key Technologies of Passiveffireless Sensor Networks Based on SurfaceAcoustic Wave Resonators)”,提出利用聲表面波諧振器組成傳感器網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)一種無源無線傳感器網(wǎng)絡。這種新型的傳感器網(wǎng)絡由聲表面波諧振器構成傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器具有不同的中心頻率，外部的射頻收發(fā)器分別發(fā)射不同頻率的射頻信號，當發(fā)射的射頻信號的頻率與某一個傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器的諧振頻率相同時，返回的反射信號的幅值最強，根據(jù)返回信號的頻率就可以識別傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構由不同諧振頻率的聲表面波諧振器實現(xiàn)，但如果節(jié)點的數(shù)量多，需要編碼的數(shù)量很大，聲表面波諧振器的數(shù)量就會很龐大。并且對編碼的識別過程也就很復雜，需要分時發(fā)射和接收不同頻率的信號。依次發(fā)射各個傳感器網(wǎng)絡節(jié)點中心頻率的信號，然后接收返回信號，根據(jù)返回信號幅值最大的信號的頻率即可識別各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，這種編碼結構識別的方法需要花費較多的時間。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，各節(jié)點包括多個中心頻率不同的聲表面波諧振器，各表面波諧振器接不同的阻抗，構成多個不同中心頻率組合的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點編碼結構。聲表面波諧振器的中心諧振頻率受外接阻抗的影響，當外接阻抗變化，聲表面波諧振器的中心諧振頻率會發(fā)生變化，通過改變外接阻抗就可以改變聲表面波諧振器的中心諧振頻率。相同的聲表面波諧振器連接不同的外接阻抗構成的編碼結構的中心諧振頻率不同。當有多個不同的外接阻抗與多個不同的聲表面波諧振器一對一組合，就可得到多個不同的中心頻率的聲表面波諧振器與外接阻抗組合，即構成多個不同的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構。匯集節(jié)點發(fā)射相互正交的疊加頻率信號，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點接收匯集節(jié)點發(fā)射的信號后，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器發(fā)生諧振。雖然外接阻抗引起聲表面波諧振器諧振頻率的變化范圍較小，但因匯集節(jié)點發(fā)射的射頻脈沖信號是相互正交的疊加脈沖信號，相互之間的頻率差別較大，該正交疊加的頻率信號可以激勵各聲表面波諧振器發(fā)生諧振，當聲表面波諧振器接收到的信號頻率與其中心頻率一致時，該聲表面波諧振器的諧振信號幅值最大；當聲表面波諧振器接收到的信號頻率與其中心頻率不一致時，該聲表面波諧振器的諧振信號幅值較小。各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器的諧振信號疊加后通過無線方式返回匯集節(jié)點，匯集節(jié)點通過無線收發(fā)器接收各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的信號，分析接收信號的頻譜特性，將不同編碼的頻率疊加信號的頻譜與接收信號的頻譜進行自相關分析，識別傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼信息。本實用新型設計的無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括η個中心頻率不同的聲表面波諧振器，n ≥ 2，各聲表面波諧振器接O或I個不同的阻抗，所述阻抗為m個不同阻抗之一，m > 2。η個表面波諧振器和m個阻抗構成傳感器網(wǎng)絡節(jié)點(m+l)n個不同的編碼結構，即中心諧振頻率不同的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。η個中心頻率不同的聲表面波諧振器封裝為傳感器網(wǎng)絡節(jié)點基本件，各個聲表面波諧振器均留有外接端口，經(jīng)外接端口連接外接阻抗。本實用新型設計的無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點編碼結構的識別方法如下:1、匯集節(jié)點的無線收發(fā)器向傳感器網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)射η個聲表面波諧振器不同中心諧振頻率的脈沖信號疊加的射頻脈沖信號；η個聲表面波諧振器不同中心諧振頻率的脈沖信號相互正交，以保證相互之間不存在相互影響。I1、各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器接收步驟I匯集節(jié)點發(fā)射的射頻脈沖信號，在其激勵下發(fā)生諧振，并向外發(fā)射諧振脈沖信號，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器因外接阻抗的不同而中心頻率不同，所產(chǎn)生的諧振脈沖信號頻率和幅值不同，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的聲表面波諧振器的諧振脈沖信號傳播時自動疊加返回至匯集節(jié)點；受外接電阻的影響聲表面波諧振器中心諧振頻率的改變并不大，當匯集節(jié)點發(fā)射的脈沖頻率與聲表面波諧振器當前的中心諧振頻率不完全一致，也可以激勵聲表面波諧振器發(fā)生諧振，雖然諧振的幅值稍小于最大諧振峰值，但不影響返回諧振脈沖信號頻率的檢測。II1、匯集節(jié)點接收各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點返回的諧振脈沖信號，根據(jù)返回的諧振脈沖信號的頻譜特性分析其頻率組合形式，通過對返回的諧振脈沖信號頻譜與不同編碼結構的中心諧振頻率脈沖信號的頻譜進行相關性分析，識別返回的諧振脈沖信號來自于哪一個編碼結構的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，識別傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點編碼結構的有益效果:1、簡單地直接改變聲表面波諧振器的外接阻抗就可以實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的不同編碼結構，是一種外部編碼結構，多個聲表面波諧振器可統(tǒng)一設計和封裝，無需改變封裝的聲表面波諧振器的內(nèi)部結構，就可實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的不同編碼結構，減少了設計與封裝的難度，不同編碼結構的實現(xiàn)簡便靈活；2、不同的編碼結構數(shù)量可極大，便于實現(xiàn)大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點編碼；3、由于正交頻率相互疊加不存在相互影響，匯集節(jié)點一次可發(fā)射多個聲表面波諧振器中心頻率疊加的射頻脈沖信號，一次接收各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點返回的諧振信號，就實現(xiàn)了各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點編碼結構的識別，簡化了識別過程和收發(fā)信號的控制邏輯，縮短了收發(fā)信號的時間和編碼識別的時間，降低了返回信號相互之間的干擾，編碼的識別迅速準確。

圖1 圖9為本無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構實施例所得的9種不同編碼結構。
具體實施方式
本無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構實施例中各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括2個中心頻率不同的聲表面波諧振器，分別記為SAWRl和SAWR2，其中心諧振頻率分別為4和&2。各表面波諧振器不接阻抗或者接2個不同阻抗之一。兩個外接阻抗分別記為Rl和R2，其引起聲表面波諧振器的中心頻率偏移分別是第一個聲表面波諧振器SAWRl與第一個外接阻抗Rl相連，得到的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構中心諧振頻率為f^+Af，第一個聲表面波諧振器SAWRl與第二個外接阻抗R2相連，得到傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構的中心諧振頻率為Ttll- Δ f,第二個聲表面波諧振器SAWR2與第一個外接阻抗Rl相連，得到的中心諧振頻率為&2+ Δ f，第二個聲表面波諧振器SAWR2與第二個外接阻抗R2相連，得到的中心諧振頻率為如圖1 圖9所示，2個表面波諧振器和2個外接阻抗構成(2+1)2=9個中心頻率不同的傳感器 網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，如表I所列，其編碼結構即圖1 圖9所
/Jn ο表I 2個聲表面波諧振器與2個外接阻抗構成的編碼結構組合表
Fl~I聲表面波諧振器與外接阻抗組合 I聲表面波諧振器的中心諧振頻率組合
1SAffl, SAff2f01，f02
2SAWl，SAW2+R1f01, f02+ Δ f
3SAWl，SAW2+R2f01, f02- Δ f
4SAW1+R1，SAW2f01+ Δ f, f0權利要求1.無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括η個中心頻率不同的聲表面波諧振器，n≥2，各聲表面波諧振器接O或I個不同的阻抗，所述阻抗為m個不同阻抗之一，m≥2 ;n個聲表面波諧振器和m個阻抗構成傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的(m+l)n個不同編碼結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，其特征在于: 所述η個中心頻率不同的聲表面波諧振器封裝為傳感器網(wǎng)絡節(jié)點基本件，各個聲表面波諧振器均留有外接端口，經(jīng)外接端口連接外接阻抗。
專利摘要本實用新型為無源無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的編碼結構，本編碼結構為各傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括n個中心頻率不同的聲表面波諧振器，n≥2，各聲表面波諧振器接0個或m個不同阻抗之一，m≥2。n個表面波諧振器和m個阻抗構成(m+1)n個不同的編碼結構。聲表面波諧振器留有外接端口、封裝為節(jié)點基本件，經(jīng)外接端口外接阻抗。識別時匯集節(jié)點向傳感器節(jié)點發(fā)射n個聲表面波諧振器不同中心諧振頻率的脈沖信號疊加的射頻信號；各節(jié)點的聲表面波諧振器接收匯集節(jié)點發(fā)射的信號，在其激勵下諧振，其諧振脈沖信號返回匯集節(jié)點，匯集節(jié)點根據(jù)返回信號的頻率組合識別各傳感器節(jié)點的編碼結構。本實用新型為外部編碼結構，簡單，量大，便于封裝，識別迅速準確。
文檔編號H04W84/18GK203039924SQ20122069373
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權日2012年12月14日
發(fā)明者張向文, 許勇, 黨選舉, 莫太平, 潘明, 任風華 申請人:桂林電子科技大學