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无线传感器网络(WSN)系统

发布时间:2013-1-11      阅读次数:2117

  无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)将计算、通信、感知融为一体,是普适计算的重要实现技术,也是物联网的有效组成部分,具有广泛的应用前景。汇控智能公司开发的无线传感器网络系统,采用Zigbee网络协议和完全兼容802.15.4的无线通信技术,支持自组织的无线网状网络组网,具有良好的扩展性和可靠性。其特点包括:
  (1)自组织组网能力:无线传感网络的构建是无线传感网络应用的重要环节,无线传感网络应具有良好的容易组网的性能,自组织组网能够在无人干预下,自动组网和配置,新的节点能够自动加入网络或自动隔离故障节点。这样,在组网的时候施工人员应不需要去特别的培训就能够去构建网络。
  (2)多跳通信和动态路由:可靠性和可扩展性是无线传感器网络应用的前提。动态路由能够自适应的去调整网络结构,适应网络结构的变化和节点故障,从而自适应的选择路由。端节点能够通过多跳通信模式将信息发送的基站,使得系统比较容易扩展。
  (3)能量管理和优化:网络中节点的最小工作寿命是制约整个网络的工作寿命的关键,节点在不能使用稳定的供电系统进行供电的情况下,网络覆盖的范围越广其能源耗尽的速度越快,也就降低了网络工作寿命。能够优化的网络协议将会使网络的寿命延长数倍。太阳能等环境能量的获取使网络的长生命周期更容易得到保障。
  (4)完全兼容Zigbee PRO协议:汇控智能研制的无线传感器网络产品基于Atmel公司的AVR单片机和兼容802.15.4协议的无线收发芯片,并采用完全兼容Zigbee PRO协议的嵌入式软件,使得系统具有优良的与其它产品的兼容能力。
  (5)多种附加功能:除了实现感知功能外,节点能够实现AES 128bit的硬件数据加密功能,同时节点提供链路质量指示、接收能量检测、RSSI测量等多种功能,可以实现实时定位等应用。
  (6) LabVIEW应用支持:应用软件采用C/S模式,在服务器上运行服务器端软件。服务器端软件使用UDP协议或者RS232协议接收WSN网关发来的数据,放入数据库中。节点网络拓扑的配置在服务器上面进行完成。LabVIEW作为用户层的设计软件,通过VC制作的Dll,获取服务器中的数据内容,可以增加客户端的灵活性,大多数的数据处理在客户端中进行。
汇控智能公司开发的无线传感器网络能够构建不同的无线传感器网络应用系统。基于Zigbee协议, 综合考虑了无线传感器网络的构建,网络节点的能量优化以及多种感知功能,公司研制了系列化的网关节点、网络节点和感知节点,并开发了客户端软件,用于网络的管理和数据的汇集处理。汇控智能研制的无线传感器网络系统产品包括:
  (1) 网关节点:HK-G001;HK-G002
  (2) 网络节点:HK-N001;HK-N002
  (3) 感知节点:HK-S001;HK-S002
  (4) 应用软件:HK-CS001
  网关节点实现了无线传感器网络数据到数据服务器的传输,其中HK-G001通过USB接口连接数据服务器,适用于本地连接应用,HK-G003实现了通过以太网接口和TCP/IP协议接入数据服务器,服务器可以通过互联网连接无线传感器网络。网络节点HK-N001和HK-N002集成了处理器和2.4GHz无线收发器,实现了节点的计算和通信功能,并集成了温度、湿度和光照传感器,实现了基本的感知功能,两者的区别在于HK-N001采用了内置平衡天线,而HK-N002实现了外置天线。网络节点可以通过软件配置为端节点和路由节点,路由节点实现动态路由功能。感知节点HK-S001和HK-S002实现了扩充的感知功能,其中HK-001配置三个麦克风,能够实现无源定位应用,HK-S002陀螺仪、GPS、加速度计,能够实现其它感知功能和定位功能。客户端软件HK-CS001实现数据的处理和保存,以及网络参数的设置等功能。
通过采用不同的网关节点,能够构建不同网络结构的无线传感器网络,对小规模应用网络,采用HK-G001能够构建本地网络。网络的体系结构如下图所示:

图1 本地网络组网结构

采用HK-G002,可以构建远程网络组网结构,如下图:


 

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