網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能設(shè)計

在ITS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照功能不同，需要分別進(jìn)行設(shè)計。終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件功能如圖3所示。終端節(jié)點(diǎn)安裝不同的傳感器用于運(yùn)動車輛信息采集和道路信息獲取等。其功能實(shí)現(xiàn)可按照精簡功能設(shè)備(RFD，ReducedFunctionDevice)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)按照星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，在固定時間點(diǎn)由睡眠狀態(tài)醒來與匯聚節(jié)點(diǎn)主動通訊。信息路由則交給父(匯聚)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成，降低了節(jié)點(diǎn)功耗和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。匯聚節(jié)點(diǎn)是終端節(jié)點(diǎn)軟件功能上的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，允許更多重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。可按照全功能設(shè)備(FFD，F(xiàn)ullFunctionDevice)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中所需要的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)成員地址、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等，還負(fù)責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)初步處理并交付交通信號控制器傳輸?shù)缴弦患壭畔⒅行模枰^多存儲空間、計算及通訊能力。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件功能設(shè)計

現(xiàn)有較多的無線傳感網(wǎng)解決方案，包括各芯片產(chǎn)商推出的單片機(jī)外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產(chǎn)商推出了單芯片解決方案，如TICC2430延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器；Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x單芯片解決方案等。

●基于Atmel的AT86RF230射頻芯片和AVR單片機(jī)設(shè)計方案

典型的終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)低功耗ATMegal1281VMCU作為系統(tǒng)控制核心。采用512KB的AT45DB041D作為外部程序存儲器。射頻模塊使用Atmel的支持ZigBee協(xié)議的AT86RF230，RF功率達(dá)到3dBm，室外傳輸距離可達(dá)300米以上節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展接口可連接模擬輸入、數(shù)字I/O、I2C、SPI和UART接口，這些擴(kuò)展接口使其易于與傳感器及其它外設(shè)連接，例如外接光度、溫溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。

傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計

●基于TI的CC2420芯片和ARM單片機(jī)設(shè)計方案

在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時，需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路由協(xié)議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節(jié)點(diǎn)采用了MarvellPXA271高性能、低功耗處理器。該處理器使用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，頻率范圍13MHz~416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優(yōu)良的動態(tài)電源管理技術(shù)。此外，該處理器封裝內(nèi)集成三個芯片256KBSRAM，32MBFLASH以及32MBSDRAM，減小了體積。通過提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類的傳感器。該處理器還支持一個MMX協(xié)處理器，提高多媒體處理能力，可以用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的語音和圖像處理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射頻芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送功率-24～0dBm。有效通訊距離是30米，可以通過SMA接口外接天線來增加傳輸距離。