论文部分内容阅读
摘要:网关是实现无线传感器网络与其他基础网络(如移动通信网、电信网等)互联互通的重要设备。文章设计并实现了一种基于CC2420芯片的网关,实现了与传感器网络的通信,并利用无线网卡模块实现了网关设备与无线局域网的连接,克服了网关硬件设备布置的局限性,扩大了网关设备和无线传感器网络的应用范围。
关键词:无线传感器网络;网关;无线接入
Abstract: Gateway is an important equipment for realizing the interconnection between Wireless Sensor Networks (WSNs) and other infrastructure networks (such as mobile communication networks, telecommunication networks, etc). This paper designs and implements a kind of gateway for WSN, which communicates with WSN by using of CC2420 chip. The gateway connects with external networks wirelessly using WLAN module and overcomes the limitations of hardware deployment, as well as expands the application scope of gateway equipment for WSN.
Key words: wireless sensor network; gateway; wireless access
无线传感器网络(WSN)在农业、军事、用以及工商业方面都具有广阔的应用前景[1-2]。然而,在实际应用中的WSN并不能以一个独立的通信网络形式存在。网络中监测的数据需要发送到上层服务器进行分析、处理,同时上层服务器端Internet对网络的WWW服务、文件传输协议(FTP)服务等需要将相关命令下发到WSN中的节点,且不同类型的WSN节点间也需要通信共享信息。这都需要WSN实现与不同类型网络间的互联[3]。
ZigBee在IEEE802.15.4的基础上对网络层协议和应用编程接口(API)进行了标准化,成为应用于无线监测与控制的全球性无线通信标准,无疑是无线传感器网络组网的首选技术之一[4]。随着基于ZigBee的无线传感器网络技术的广泛应用,如何通过现有网络基础设施(如无线局域网、Internet、GPRS等)对其进行远程管理,控制感测环境中的各种传感装置,逐渐成为该领域的重要研究课题[5-6]。图1给出了基于ZigBee的无线传感器网络体系结构。
图1中,传感器节点采集感知区域内的数据,进行简单的处理后发送至汇聚节点;网关读取数据并转换成用户可知的信息,如传感器节点部署区域内的温度、湿度、加速度、坐标等;接着通过无线局域网(WLAN)进行远距离传输。
在无线传感器网络中网关担当网络间的协议转换器、不同网络类型的网络路由器、全网数据聚集、存储处理等重要角色,成为网络间连接的不可缺少的纽带。因此设计出高效、稳定的网关节点是整个无线传感器网络设计中的重要一环[7]。
1 网关接入方式的比较分析
理论上说,网关设备可以采用任意网络技术接入外部网络与监控中心建立连接。美国的Crossbow公司曾推出具有以太网通信功能的汇聚节点产品并得到应用。哈佛大学的科研人员在位于厄瓜多尔境内的唐古拉瓦火山附近部署了小范围的无线传感器网络,采集次声波信号并传送至汇聚节点,通过接入无线调制解调器将数据转发到9 km外火山监测站的一台PC上[8]。中国一些大学和科研机构也提出了有关解决方案,比较典型的是基于有线通信方式的以太网[9]和无线通信方式的GPRS[10]、CDMA等WSN网关。但在实际应用中,选择网关的接入方式时,首先应该考虑的是WSN的应用环境所能提供的可能的网络接入方式。其次,与现有网络相比,WSN是一种以数据为中心的网络,网关节点的上行数据量大而下行数据量小。因而,在考虑网关与外部网络的连接方式时,上行数据率是一个关键指标。网关节点的成本及集成度也是一个关键因素。通过有线方式接入到其他网络,给硬件设备的布置带来了许多不便,大大局限了网关设备的应用。GPRS接入方式上行数据率较低。综合考虑以上因素,WLAN网络在网络覆盖、数据传输速率、网络的稳定性和设备性价比上都有优势,因此,本文设计的无线传感器网关设备通过USB2.0接口加载无线网卡设备,选用WLAN作为网关与监控中心的空中接口,克服了硬件设备布置的局限性,大大扩展了网关设备的应用范围。表1为几种接入方式在网络覆盖、数据率和集成难度的比较。
2 网关的实现方案
2.1 系统概述
网关的功能包括两个方面:一是通过汇聚节点获取的信息并进行转换,二是与外部网络进行通信。本文设计的WSN网关采用嵌入式系统,由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、应用程序等组成,网关的硬件总体结构图如图2所示。
2.2 硬件平台的设计
嵌入式网关设备由核心板、底板和通信模块组成,核心板上集成Atmel AT91RM9200处理器,64M SDRAM存储器以及16M的Flash存储器。AT91ARM9200微处理器芯片具有工业级200M IPSARM920T内核、16字节的指令和16 kbyte的数据高速缓存的处理器,内部有128 kbyte的只读存储器,外部总线包括SDRAM接口、Burst Flash接口和SRAM控制器、USB设备和主控制器接口、10/100M以太网接口、电源管理器、实时时钟、系统时钟、同步串行控制器、6通道的定时/计数器、4通道的USART、两线制接口(I2C)、SPI接口、多媒体卡接口和GPIO等。AT91ARM9200微处理器芯片是一个多用途的通用芯片,内部集成了微处理器和常用外围组件,具有很高的性价比,特别适用于工业控制领域。
网关设备底板上提供以下外设接口:一个USB2.0接口、一个6×2双排插针和一个10M/100M自适应以太网接口。外围硬件接口的选择将决定整个系统通过何种方式接入网络。
通信模块采用的是CC2420芯片,挪威半导体公司Chipcon推出的CC2420是全球首颗符合Zigbee联盟标准的2.4 GHz射频芯片,支持250 kbit/s数据传输率。该公司还提供开发工具套件,通过该套件用户可很快地进行Zigbee网络的评估和设计,该套件包括一个基于CC2420的内嵌Z-Stacktm Zigbee协议栈的硬件模块。软件包括用于首次定制的Z-Stacktm Zigbee网络配置器、用于建立用户自己应用程序框架的Z-Stacktm Zigbee Porfile Builder以及为方便网络调度而提供的Z-Tooltm Zigbee Protocol Stack Trace工具。本文设计的网关通过6×2双排插针外接CC2420通信模块,实现与WSN的数据传输。网关实物图如图3所示。
2.3 与外部网络连接接口的设计
WSN网关设计的一个关键功能就是实现与Internet的互联。实现WSN通信协议与当前互联网传输控制协议/网间协议(TCP/IP)的转换。WSN网络与因特网互联通常采用如下3种方式进行[11]:
(1)在WSN与TCP/IP网络之间设置一个服务代理,代理既可以与WSN网络节点通信,同时也可以与TCP/IP网络上的主机进行通信。本文设计的网关正是充当此代理的作用。
(2)在WSN与TCP/IP网络间采用一种时延自适应网(DTN)结构,能可靠地运行在异常恶劣的环境中。
(3)由于WSN的网络特性,从节点省能以及容量有限的角度,WSN可以运行简化的TCP/IP内核。事实证明此种方式同样行之有效,当然需要解决许多挑战性问题。
实际的网关设计可以分别基于上述3种结构或者采用3种方式中的结合。本文通过加载无线网卡模块,以无线的方式接入外部网络。这需要为网关设备的嵌入式Linux系统加载无线模块内核,并移植无线网卡驱动到嵌入式Linux系统中。步骤如下:
(1)修改Wireless_tools.29.tar.gz工具包的Makefile文件,使其编译时采用交叉编译,生成适合嵌入式网关设备的文件。
(2)顺序执行Make,make install命令,进行编译及安装。
(3)用网线将网关设备与PC机连接起来,用Mount命令将PC Linux系统挂载到网关Linux系统下,并将wireless/sbin目录及wireless/lib目录下的内容分别复制到网关Linux系统下的/sbin和/lib目录。
(4)下载最新版本的无线网卡驱动,修改其Makefile文件,使其编译时采用交叉编译,生成适合嵌入式网关设备的文件。
(5)在嵌入式Linux系统中,在/etc目录下新建目录Wireless/RT73STA。
(6)执行make all指令,将生成的rt73.ko、rt73.bin、rt73sta.dat文件拷贝至Wireless/RT73STA目录下。
(7)在网关设备终端下执行dos2unix/etc/Wireless/RT73STA/rt73sta.dat命令,实现格式转换。
(8)执行insmod命令加载rt73.ko,再用ifconfig、iwconfig等命令设置网关IP地址等内容。
2.4 协议模块的设计
网关节点设备通过ZigBee射频获取来自无线传感器网络内的多元化采集信息(包括一般环境传感信息、多媒体传感信息等),并逐渐通过自下而上各协议层次的规范化数据解析。网关系统软件与支撑软件根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求,并根据传感数据的自身特性,开展处理、分析、融合与提取,得到满足条件的多类型传感信息,并提供给建立于系统软件之上的TCP/IP协议体系,作为其初始业务源。网关节点将按照该协议的规范与标准,完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作,由无线网卡模块实现最终的接入功能[12]。 嵌入式网关系统软件部分由3个模块组成:利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块,实现精简嵌入式TCP/IP协议的功能模块,将ZigBee报文转化为无线局域网报文模块[13]。
在分析控制系统、Z-Stack以及TCP/IP协议实现的基础上,本文提出了网关系统与IEEE802.15.4/ZigBee网络通信协议层次、网关系统与Internet网络通信协议层次的应用模型[14-15]。该通信协议的网关层次体系结构如图4所示。
3 系统验证
本文测试系统包括:测试PC机一台(作为接入网络下的信息接收终端),传感器节点8个,网关设备一个和无线路由器一个。测试系统框图如图5所示。
各传感器节点通过单跳的方式将采集的数据打包向嵌入式网关传输,网关接收到数据包后进行数据格式转换、数据帧封装等一系列操作并通过无线网卡模块将重新封装好的数据包发送给无线路由器。无线路由器再通过WLAN将数据转发给测试PC机。采集的数据包括温度、湿度和光感强度。
测试PC机ping通网关的具体过程如下:
(1)当测试PC机运行Ping命令时,首先以广播形式发送地址解析协议(ARP)报文,查找目的IP的物理地址。
(2)当网关系统接收到ARP命令并且判断目的IP与网关系统的IP相同时,发送ARP应答报文给相应测试PC机。
(3)测试PC机收到应答报文之后,以网关系统的物理地址为目的地址,发送网间控制报文协议(ICMP)请求命令,网关系统收到ICMP请求命令之后,以ICMP应答命令回复,总共持续4次。
图6显示了测试PC机上显示的实时温度、湿度及光感强度的数值查询结果。无线传感器网络节点的采样间隔为5 s,工作频率为2 483.5 MHz。
4 结束语
本文在对比了多种网关接入方式之后,设计并实现了一种面向WLAN的无线传感器网络网关设备。网关利用无线网卡模块实现了传感器网络与外部网络的无线互联。与传统的通过有线方式接入以太网的网关相比,本网关克服了硬件设备布施的局限性,与GPRS、CDMA等网关相比,本网关在上行速率、集成成本、开发难易程度上具有综合性的优势。作为与外部网络连接的可靠、便捷的纽带,本网关从逻辑上将物理世界与信息世界更加紧密地融合于一体。
5 参考文献
[1] TILAK S, ABU-GHAZALEH N, HEINZELMAN W. A Taxonomy of wireless micro-sensor network models [J]. Mobile Computing Communication Review, 2002, 6(2): 28-36.
[2] AKYILDIZ I, SU W, SANKARASUBRAMANIAM Y, et al. A survey on sensor networks [J]. IEEE Communications Magazine, 2002, 40(8):102-114.
[3] 匡兴红, 邵惠鹤. 无线传感器网络网关研究[J]. 计算机工程, 2007, 33(6):228-230.
[4] 胡鸿豪, 林程, 宋丽平. 基于S3C2440的ZigBee无线传感器网络网关的设计[J]. 大众科技, 2008,112(12):67-68.
[5] 郑鹏, 李方敏. 无线传感器网络与TCP/IP网络的互联研究[J]. 武汉理工大学学报, 2006,28(7):43-46.
[6] SIKORA A. Compatibility of IEEE802.15.4 (ZigBee) with IEEE 802.11 (WLAN), Bluetooth, and Microwave Ovens in 2.4 GHz ISM-Band [R], Test Report.Steinbeis-Transfer Center, University of Cooperative Education Lorrach. 2004.
[7] 欧杰峰, 刘兴华. 基于CDMA模块的无线传感器网络网关的实现[J]. 计算机工程, 2007,33(1):115-124.
[8] WERNER-ALLEN G, JOHNSON J, RUIZ M, et al. Monitoring volcanic eruptions with a wireless sensor network [C]//Proceedings of the 2nd European Workshop on Wireless Sensor Networks (EWSN'05), Jan 31-Feb 2, 2005, Istanbul, Turkey. Piscataway, NJ,USA:IEEE Computer Society, 2005:108-120.
[9] 石为人, 张杰, 唐云建, 等.无线传感器网络嵌入式网关的设计与实现[J]. 计算机应用, 2006,26(11):2525-2535.
[10] Atmei Corporation[EB/OL]. [2009-06-16]. http://www.atmel.Com.2006.
[11] DUNKELS A. Full TCP/IP for 8-bit architectures [C]//Proceedings of the 1st International Conference on Mobile Systems, Applications, and Services (MOBISYS '03), May 5-8, 2003, San Francisco, CA, USA. New York,NY,USA:ACM, 2003:85-98.
[12] MONTENEGRO G, KUSHALNAGAR N. Transmission of IPv6 packets over IEEE 802.15.4 [R]. IETF. RFC 4944.2005.
[13] 马忠梅, 籍顺心, 张凯, 等. 单片机C语言应用程序设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001.
[14] 刘元安, 叶靓, 邵谦明, 等. 无线传感器网络与TCP/IP网络的融合[J]. 北京邮电大学学报, 2006, 29(6):1-4.
[15] SVEDA M, TREHALIK R. ZigBee to Internet interconnection architectures[C]//Proceedings of the 2nd International Confereneeon on Systems (ICONS’07),Apr 22-28,2007, Martinique, France. Piscataway, NJ,USA:IEEE,2007:30.
收稿日期:2009-06-17
黄俊杰,南京邮电大学计算机学院在读硕士研究生,主要研究方向是普适计算、传感器网络嵌入式系统。
王汝传,南京邮电大学计算机学院教授、博士生导师,主要研究方向是计算机软件、计算机网络、信息安全、Agent和虚拟现实技术等。
沙超,南京邮电大学计算机学院在读博士研究生,主要研究方向是无线传感器网络技术。
关键词:无线传感器网络;网关;无线接入
Abstract: Gateway is an important equipment for realizing the interconnection between Wireless Sensor Networks (WSNs) and other infrastructure networks (such as mobile communication networks, telecommunication networks, etc). This paper designs and implements a kind of gateway for WSN, which communicates with WSN by using of CC2420 chip. The gateway connects with external networks wirelessly using WLAN module and overcomes the limitations of hardware deployment, as well as expands the application scope of gateway equipment for WSN.
Key words: wireless sensor network; gateway; wireless access
无线传感器网络(WSN)在农业、军事、用以及工商业方面都具有广阔的应用前景[1-2]。然而,在实际应用中的WSN并不能以一个独立的通信网络形式存在。网络中监测的数据需要发送到上层服务器进行分析、处理,同时上层服务器端Internet对网络的WWW服务、文件传输协议(FTP)服务等需要将相关命令下发到WSN中的节点,且不同类型的WSN节点间也需要通信共享信息。这都需要WSN实现与不同类型网络间的互联[3]。
ZigBee在IEEE802.15.4的基础上对网络层协议和应用编程接口(API)进行了标准化,成为应用于无线监测与控制的全球性无线通信标准,无疑是无线传感器网络组网的首选技术之一[4]。随着基于ZigBee的无线传感器网络技术的广泛应用,如何通过现有网络基础设施(如无线局域网、Internet、GPRS等)对其进行远程管理,控制感测环境中的各种传感装置,逐渐成为该领域的重要研究课题[5-6]。图1给出了基于ZigBee的无线传感器网络体系结构。
图1中,传感器节点采集感知区域内的数据,进行简单的处理后发送至汇聚节点;网关读取数据并转换成用户可知的信息,如传感器节点部署区域内的温度、湿度、加速度、坐标等;接着通过无线局域网(WLAN)进行远距离传输。
在无线传感器网络中网关担当网络间的协议转换器、不同网络类型的网络路由器、全网数据聚集、存储处理等重要角色,成为网络间连接的不可缺少的纽带。因此设计出高效、稳定的网关节点是整个无线传感器网络设计中的重要一环[7]。
1 网关接入方式的比较分析
理论上说,网关设备可以采用任意网络技术接入外部网络与监控中心建立连接。美国的Crossbow公司曾推出具有以太网通信功能的汇聚节点产品并得到应用。哈佛大学的科研人员在位于厄瓜多尔境内的唐古拉瓦火山附近部署了小范围的无线传感器网络,采集次声波信号并传送至汇聚节点,通过接入无线调制解调器将数据转发到9 km外火山监测站的一台PC上[8]。中国一些大学和科研机构也提出了有关解决方案,比较典型的是基于有线通信方式的以太网[9]和无线通信方式的GPRS[10]、CDMA等WSN网关。但在实际应用中,选择网关的接入方式时,首先应该考虑的是WSN的应用环境所能提供的可能的网络接入方式。其次,与现有网络相比,WSN是一种以数据为中心的网络,网关节点的上行数据量大而下行数据量小。因而,在考虑网关与外部网络的连接方式时,上行数据率是一个关键指标。网关节点的成本及集成度也是一个关键因素。通过有线方式接入到其他网络,给硬件设备的布置带来了许多不便,大大局限了网关设备的应用。GPRS接入方式上行数据率较低。综合考虑以上因素,WLAN网络在网络覆盖、数据传输速率、网络的稳定性和设备性价比上都有优势,因此,本文设计的无线传感器网关设备通过USB2.0接口加载无线网卡设备,选用WLAN作为网关与监控中心的空中接口,克服了硬件设备布置的局限性,大大扩展了网关设备的应用范围。表1为几种接入方式在网络覆盖、数据率和集成难度的比较。
2 网关的实现方案
2.1 系统概述
网关的功能包括两个方面:一是通过汇聚节点获取的信息并进行转换,二是与外部网络进行通信。本文设计的WSN网关采用嵌入式系统,由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、应用程序等组成,网关的硬件总体结构图如图2所示。
2.2 硬件平台的设计
嵌入式网关设备由核心板、底板和通信模块组成,核心板上集成Atmel AT91RM9200处理器,64M SDRAM存储器以及16M的Flash存储器。AT91ARM9200微处理器芯片具有工业级200M IPSARM920T内核、16字节的指令和16 kbyte的数据高速缓存的处理器,内部有128 kbyte的只读存储器,外部总线包括SDRAM接口、Burst Flash接口和SRAM控制器、USB设备和主控制器接口、10/100M以太网接口、电源管理器、实时时钟、系统时钟、同步串行控制器、6通道的定时/计数器、4通道的USART、两线制接口(I2C)、SPI接口、多媒体卡接口和GPIO等。AT91ARM9200微处理器芯片是一个多用途的通用芯片,内部集成了微处理器和常用外围组件,具有很高的性价比,特别适用于工业控制领域。
网关设备底板上提供以下外设接口:一个USB2.0接口、一个6×2双排插针和一个10M/100M自适应以太网接口。外围硬件接口的选择将决定整个系统通过何种方式接入网络。
通信模块采用的是CC2420芯片,挪威半导体公司Chipcon推出的CC2420是全球首颗符合Zigbee联盟标准的2.4 GHz射频芯片,支持250 kbit/s数据传输率。该公司还提供开发工具套件,通过该套件用户可很快地进行Zigbee网络的评估和设计,该套件包括一个基于CC2420的内嵌Z-Stacktm Zigbee协议栈的硬件模块。软件包括用于首次定制的Z-Stacktm Zigbee网络配置器、用于建立用户自己应用程序框架的Z-Stacktm Zigbee Porfile Builder以及为方便网络调度而提供的Z-Tooltm Zigbee Protocol Stack Trace工具。本文设计的网关通过6×2双排插针外接CC2420通信模块,实现与WSN的数据传输。网关实物图如图3所示。
2.3 与外部网络连接接口的设计
WSN网关设计的一个关键功能就是实现与Internet的互联。实现WSN通信协议与当前互联网传输控制协议/网间协议(TCP/IP)的转换。WSN网络与因特网互联通常采用如下3种方式进行[11]:
(1)在WSN与TCP/IP网络之间设置一个服务代理,代理既可以与WSN网络节点通信,同时也可以与TCP/IP网络上的主机进行通信。本文设计的网关正是充当此代理的作用。
(2)在WSN与TCP/IP网络间采用一种时延自适应网(DTN)结构,能可靠地运行在异常恶劣的环境中。
(3)由于WSN的网络特性,从节点省能以及容量有限的角度,WSN可以运行简化的TCP/IP内核。事实证明此种方式同样行之有效,当然需要解决许多挑战性问题。
实际的网关设计可以分别基于上述3种结构或者采用3种方式中的结合。本文通过加载无线网卡模块,以无线的方式接入外部网络。这需要为网关设备的嵌入式Linux系统加载无线模块内核,并移植无线网卡驱动到嵌入式Linux系统中。步骤如下:
(1)修改Wireless_tools.29.tar.gz工具包的Makefile文件,使其编译时采用交叉编译,生成适合嵌入式网关设备的文件。
(2)顺序执行Make,make install命令,进行编译及安装。
(3)用网线将网关设备与PC机连接起来,用Mount命令将PC Linux系统挂载到网关Linux系统下,并将wireless/sbin目录及wireless/lib目录下的内容分别复制到网关Linux系统下的/sbin和/lib目录。
(4)下载最新版本的无线网卡驱动,修改其Makefile文件,使其编译时采用交叉编译,生成适合嵌入式网关设备的文件。
(5)在嵌入式Linux系统中,在/etc目录下新建目录Wireless/RT73STA。
(6)执行make all指令,将生成的rt73.ko、rt73.bin、rt73sta.dat文件拷贝至Wireless/RT73STA目录下。
(7)在网关设备终端下执行dos2unix/etc/Wireless/RT73STA/rt73sta.dat命令,实现格式转换。
(8)执行insmod命令加载rt73.ko,再用ifconfig、iwconfig等命令设置网关IP地址等内容。
2.4 协议模块的设计
网关节点设备通过ZigBee射频获取来自无线传感器网络内的多元化采集信息(包括一般环境传感信息、多媒体传感信息等),并逐渐通过自下而上各协议层次的规范化数据解析。网关系统软件与支撑软件根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求,并根据传感数据的自身特性,开展处理、分析、融合与提取,得到满足条件的多类型传感信息,并提供给建立于系统软件之上的TCP/IP协议体系,作为其初始业务源。网关节点将按照该协议的规范与标准,完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作,由无线网卡模块实现最终的接入功能[12]。 嵌入式网关系统软件部分由3个模块组成:利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块,实现精简嵌入式TCP/IP协议的功能模块,将ZigBee报文转化为无线局域网报文模块[13]。
在分析控制系统、Z-Stack以及TCP/IP协议实现的基础上,本文提出了网关系统与IEEE802.15.4/ZigBee网络通信协议层次、网关系统与Internet网络通信协议层次的应用模型[14-15]。该通信协议的网关层次体系结构如图4所示。
3 系统验证
本文测试系统包括:测试PC机一台(作为接入网络下的信息接收终端),传感器节点8个,网关设备一个和无线路由器一个。测试系统框图如图5所示。
各传感器节点通过单跳的方式将采集的数据打包向嵌入式网关传输,网关接收到数据包后进行数据格式转换、数据帧封装等一系列操作并通过无线网卡模块将重新封装好的数据包发送给无线路由器。无线路由器再通过WLAN将数据转发给测试PC机。采集的数据包括温度、湿度和光感强度。
测试PC机ping通网关的具体过程如下:
(1)当测试PC机运行Ping命令时,首先以广播形式发送地址解析协议(ARP)报文,查找目的IP的物理地址。
(2)当网关系统接收到ARP命令并且判断目的IP与网关系统的IP相同时,发送ARP应答报文给相应测试PC机。
(3)测试PC机收到应答报文之后,以网关系统的物理地址为目的地址,发送网间控制报文协议(ICMP)请求命令,网关系统收到ICMP请求命令之后,以ICMP应答命令回复,总共持续4次。
图6显示了测试PC机上显示的实时温度、湿度及光感强度的数值查询结果。无线传感器网络节点的采样间隔为5 s,工作频率为2 483.5 MHz。
4 结束语
本文在对比了多种网关接入方式之后,设计并实现了一种面向WLAN的无线传感器网络网关设备。网关利用无线网卡模块实现了传感器网络与外部网络的无线互联。与传统的通过有线方式接入以太网的网关相比,本网关克服了硬件设备布施的局限性,与GPRS、CDMA等网关相比,本网关在上行速率、集成成本、开发难易程度上具有综合性的优势。作为与外部网络连接的可靠、便捷的纽带,本网关从逻辑上将物理世界与信息世界更加紧密地融合于一体。
5 参考文献
[1] TILAK S, ABU-GHAZALEH N, HEINZELMAN W. A Taxonomy of wireless micro-sensor network models [J]. Mobile Computing Communication Review, 2002, 6(2): 28-36.
[2] AKYILDIZ I, SU W, SANKARASUBRAMANIAM Y, et al. A survey on sensor networks [J]. IEEE Communications Magazine, 2002, 40(8):102-114.
[3] 匡兴红, 邵惠鹤. 无线传感器网络网关研究[J]. 计算机工程, 2007, 33(6):228-230.
[4] 胡鸿豪, 林程, 宋丽平. 基于S3C2440的ZigBee无线传感器网络网关的设计[J]. 大众科技, 2008,112(12):67-68.
[5] 郑鹏, 李方敏. 无线传感器网络与TCP/IP网络的互联研究[J]. 武汉理工大学学报, 2006,28(7):43-46.
[6] SIKORA A. Compatibility of IEEE802.15.4 (ZigBee) with IEEE 802.11 (WLAN), Bluetooth, and Microwave Ovens in 2.4 GHz ISM-Band [R], Test Report.Steinbeis-Transfer Center, University of Cooperative Education Lorrach. 2004.
[7] 欧杰峰, 刘兴华. 基于CDMA模块的无线传感器网络网关的实现[J]. 计算机工程, 2007,33(1):115-124.
[8] WERNER-ALLEN G, JOHNSON J, RUIZ M, et al. Monitoring volcanic eruptions with a wireless sensor network [C]//Proceedings of the 2nd European Workshop on Wireless Sensor Networks (EWSN'05), Jan 31-Feb 2, 2005, Istanbul, Turkey. Piscataway, NJ,USA:IEEE Computer Society, 2005:108-120.
[9] 石为人, 张杰, 唐云建, 等.无线传感器网络嵌入式网关的设计与实现[J]. 计算机应用, 2006,26(11):2525-2535.
[10] Atmei Corporation[EB/OL]. [2009-06-16]. http://www.atmel.Com.2006.
[11] DUNKELS A. Full TCP/IP for 8-bit architectures [C]//Proceedings of the 1st International Conference on Mobile Systems, Applications, and Services (MOBISYS '03), May 5-8, 2003, San Francisco, CA, USA. New York,NY,USA:ACM, 2003:85-98.
[12] MONTENEGRO G, KUSHALNAGAR N. Transmission of IPv6 packets over IEEE 802.15.4 [R]. IETF. RFC 4944.2005.
[13] 马忠梅, 籍顺心, 张凯, 等. 单片机C语言应用程序设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001.
[14] 刘元安, 叶靓, 邵谦明, 等. 无线传感器网络与TCP/IP网络的融合[J]. 北京邮电大学学报, 2006, 29(6):1-4.
[15] SVEDA M, TREHALIK R. ZigBee to Internet interconnection architectures[C]//Proceedings of the 2nd International Confereneeon on Systems (ICONS’07),Apr 22-28,2007, Martinique, France. Piscataway, NJ,USA:IEEE,2007:30.
收稿日期:2009-06-17
黄俊杰,南京邮电大学计算机学院在读硕士研究生,主要研究方向是普适计算、传感器网络嵌入式系统。
王汝传,南京邮电大学计算机学院教授、博士生导师,主要研究方向是计算机软件、计算机网络、信息安全、Agent和虚拟现实技术等。
沙超,南京邮电大学计算机学院在读博士研究生,主要研究方向是无线传感器网络技术。