室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)論文：室內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點

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1、室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)論文：室內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點摘要:為了實現(xiàn)溫室環(huán)境信息低功耗、低時延高效無線檢測與控制,構(gòu)建了三層次室內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),研制了在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中較關(guān)鍵的具有遠(yuǎn)程和短距離無線通信功能的網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點.采用短距離無線通信CC2430模塊和全球移動通信系統(tǒng)(GSM)GPRS模塊設(shè)計網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點,并利用GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌的TCP/IP協(xié)議,設(shè)計基于Zigbee技術(shù)的無線收發(fā)功能程序和GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸控制功能程序.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試運(yùn)行表明,網(wǎng)絡(luò)管理計算機(jī)可以隨時獲取被監(jiān)測的溫室溫度等環(huán)境信息,與一般無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比,信息傳輸能耗低、時延小響應(yīng)快,實現(xiàn)了無線傳感器節(jié)點和遠(yuǎn)程管理

2、計算機(jī)之間的信息高效無線傳輸.關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);全球移動通信系統(tǒng);溫室;檢測;簇頭節(jié)點　　在某些溫室室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中,需要對溫度、濕度、二氧化碳濃度以及各種電器的使用狀態(tài)、有害氣體或者易燃?xì)怏w濃度等進(jìn)行實時監(jiān)測,并作出快速響應(yīng)處理(控制).目前的室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng),采用傳統(tǒng)有線傳感器,需要大量的布線,給系統(tǒng)管理和維護(hù)帶來很多不便,同時也存在安全隱患[1-2].最新提出的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要針對室外環(huán)境,通常信息傳輸時延長、響應(yīng)速度慢,不能滿足室內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)測和快速處理要求[1],因此需要研發(fā)適合室內(nèi)信息檢測與控制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).其中,具有遠(yuǎn)程和短距離無線通信功能的

3、簇頭節(jié)點是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵點之一.目前國內(nèi)外此方面的研究已取得了一定進(jìn)展.文獻(xiàn)[3]提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效負(fù)載平衡算法,來解決基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇頭(網(wǎng)關(guān))節(jié)點的過載問題;文獻(xiàn)[4]提出了基于覆蓋的簇頭節(jié)點選擇方法,比起傳統(tǒng)基于能量的簇頭節(jié)點選擇方法,該方法能使監(jiān)控整個范圍的維持時間延長1/4到4.5倍;文獻(xiàn)[5]結(jié)合GSM(globalsystemformobilecommunications,全球移動通信系統(tǒng))技術(shù)和短距離無線通信技術(shù),給出了一種傳感器數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng),能穩(wěn)定地進(jìn)行多點遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸;文獻(xiàn)[6]在試驗溫室內(nèi)安裝無線傳感器節(jié)點,在

4、PC機(jī)上安裝主節(jié)點,仍然使用原溫室中CAN總線的驅(qū)動電路和上層管理軟件,進(jìn)行溫室環(huán)境無線檢測與控制;文獻(xiàn)[7]針對能量與節(jié)點不均衡分布的WSN(wirelesssensornetwork,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)),提出了一種基于類的簇頭選擇優(yōu)化算法,改進(jìn)簇和簇頭的分布方式,提高負(fù)載均衡度,并延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間.這些研究主要集中于單一短距離的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的在分簇方法和簇頭選擇算法,以及傳感器數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)構(gòu)建,沒有研究解決信息傳輸時延長、響應(yīng)速度慢問題.文中擬通過構(gòu)建低功耗、低時延、高效的室內(nèi)三層次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),綜合應(yīng)用短距離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、遠(yuǎn)

5、程GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,研制網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點,以期實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點和遠(yuǎn)程管理計算機(jī)之間信息高效無線傳輸.1　室內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為了提高信息傳輸效率,采用層次分析法,綜合時延、能耗和成本3方面因素,對室內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合分析,得到結(jié)論:3層次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是較優(yōu)系統(tǒng).[8-9],包括:底層一般節(jié)點(包括無線傳感器節(jié)點和無線控制節(jié)點),間層簇頭節(jié)點,高層的網(wǎng)絡(luò)管理計算機(jī).其中,無線感器節(jié)點分布在需要監(jiān)測的區(qū)域內(nèi),完成數(shù)據(jù)采處理和無線通信等功能;無線控制節(jié)點分布在需要制的裝置內(nèi),完成對狀態(tài)的控制;簇頭節(jié)點接收各線傳感器的狀態(tài)數(shù)據(jù),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和對環(huán)

6、境管理求,進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理和控制判斷處理,對無線控節(jié)點發(fā)送控制指令,并通過無線的方式與網(wǎng)絡(luò)管理算機(jī)通信,在計算機(jī)上對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控與管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,簇頭節(jié)點承擔(dān)著與底層節(jié)點和高層網(wǎng)管理計算機(jī)進(jìn)行無線通信的雙重任務(wù),因此是網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)關(guān)鍵之一.其中無線傳器模塊用于同一般傳感器節(jié)點進(jìn)行通信,GPRS模用于傳輸采集到的信息到網(wǎng)絡(luò)管理計算機(jī).無線傳器模塊與GPRS模塊之間通過RS232串口進(jìn)行相電源模塊用于提供無線傳感器模塊和GPRS模塊行所需電源.2.1.1　無線傳感器模塊簇頭節(jié)點與底層節(jié)點之間的無線通信采用于Zigbee技術(shù)的CC2430無線傳感器模塊,如圖所示.模塊核心CC2

7、430芯片是符合Zigbee標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz系統(tǒng)芯片(SystemonChip,簡稱SoC),能滿足低成本、低功耗應(yīng)用要求.CC2430芯片包括個高性能、2.4GHz的DSSS(directseqcuencesprespectrom,直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器以及增強(qiáng)8051單片機(jī),集成了8kB的靜態(tài)RAM,最大1的FLASH存儲器,IEEE802.15.4PHY層、MAC層協(xié)議和Zigbee協(xié)議棧.另外,CC2430的8位ADC模塊可以采樣AVDD_SoC引腳上電壓,即片上模擬電電壓,實現(xiàn)對節(jié)點電池的剩余電量檢測..2.1.3　簇頭節(jié)點電源簇頭節(jié)點電