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无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network)的基本特性是:低功耗、自组织、异构互联,这些全新的形态传统的理论和模型难以描述,巨大的潜在应用使它成为现今理论和应用研究的热点。无线传感器网络是一种自组织网络,让物理环境的信息以无线的方式发送到人类信息世界。人类根据获取的信息做出判断,利用无线传感网络反过来将我们一定的意图反馈到客观世界。这将是一种全新的人类与环境的沟通方式。
无线传感器网络拉近了人和自然的距离,改变了人和环境交互的方式,但是环境中物理量数据是如此丰富,以至于传统的通信方式在这个领域无法施展开来。无线传感网络的出现给我们提供了全新的方式去感受我们生存环境的物理量,使我们与这些物理量之间可以交互。
随着无线传感网络研究和应用的深入,无线传感网络和传统异构网络(Internet,GPRS、CDMA等)交互的需求越来越强烈。无线传感网络网关就可以将无线传感网络中的数据和传统网络联系起来,将物理环境的数据发送到社会网络,以供存储、分析、显示和控制。无线传感网络也只有和传统网络联系起来,相互能交换数据,无线传感网络的数据才有意义,才能达到人和物理环境交互的目的。
本文设计了一种基于嵌入式系统的无线传感器网络网关。本文首先对无线传感器网络及其应用与发展等作了简要的介绍。然后综合考虑了几种不同的通信方式,根据需求分析,结合现如今应用已广为应用的WIFI、WCDMA和以太网技术,决定设计一种多协议网关,经分析选定了合适的硬件与软件平台,并在此基础上对网关整体进行了设计。
本次设计主要进行了两方面的工作:
1)基于ZigBee技术的无线传感器网络网关节点的设计;
2)基于ARM11硬件平台和WinCE操作系统的嵌入式网关的设计。
在第一部分的研究工作中,本文先研究了目前无线传感器网络中应用得最广泛的ZigBee技术。对ZigBee标准、ZigBee协议栈架构、ZigBee设备、基本的信息传递机制和组网技术等进行了由浅入深地分析。在此基础上对传感器节点进行了软硬件设计。
在网关的设计中首先对主控制器进行了介绍,并对网关的其他硬件模块进行了介绍以及总体的设计。软件部分采用了嵌入式WinCE操作平台,一种非常适合于小型嵌入式设备的实时操作系统。然后针对主板及各模块对其驱动BSP层进行了修改与编写。最后在PC机上对WinCE系统中的各个模块的管理软件进行了简单的编写。
最后对无线传感器网络网关进行了软硬件调试,通过三种异构网络把ZigBee网络节点采集的数据转发到PC机。再由PC机上的检测软件进行检测与分析。并对网关的性能进行了分析。把几种不同类型的网关进行了综合比较,总结了多协议网关的优缺点。
基于嵌入式系统的无线传感器网络网关使得PC机可以对特定环境区域进行远程检测和物理信息的采集,使得无线传感器网络不再是一个孤立的网络,并且本设计能够与几种传统的异构网络互连,适用于各种不同的物理环境,使其应用场合更为广泛。达到人和物理环境交互的目的。