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網絡節點和網關節點的設計 網絡節點軟件功能設計 在ITS無線傳感器網絡的設計中，網絡節點按照功能不同，需要分別進行設計。終端節點、匯聚節點和網關節點的軟件功能如圖3所示。終端節點安裝不同的傳感器用于運動車輛信息采集和道路信息獲取等。其功能實現可按照精簡功能設備(RFD，ReducedFunctionDevice)標準來實現。終端節點與匯聚節點按照星型網絡組網，在固定時間點由睡眠狀態醒來與匯聚節點主動通訊。信息路由則交給父(匯聚)節點及網絡中具有路由功能的協調器和路由器完成，降低了節點功耗和軟件實現復雜度。匯聚節點是終端節點軟件功能上的擴展，實現了擴展網絡及路由消息的功能，允許更多重點節點接入網絡。可按照全功能設備(FFD，FullFunctionDevice)標準進行設計。 無線傳感器網絡節點軟件功能 網關節點是網絡中所需要的協調器，負責啟動網絡、配置網絡成員地址、維護網絡、維護節點的綁定關系表等，還負責將所采集的數據初步處理并交付交通信號控制器傳輸到上一級信息中心，需要較多存儲空間、計算及通訊能力。 網絡節點硬件功能設計 現有較多的無線傳感網解決方案，包括各芯片產商推出的單片機外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節點設計中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產商推出了單芯片解決方案，如TICC2430延用了CC2420芯片的架構，在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內存和微控制器；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單片機設計方案 典型的終端節點和匯聚節點設計如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結構低功耗ATMegal1281VMCU作為系統控制核心。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協議的AT86RF230，RF功率達到3dBm，室外傳輸距離可達300米以上節點的擴展接口可連接模擬輸入、數字I/O、I2C、SPI和UART接口，這些擴展接口使其易于與傳感器及其它外設連接，例如外接光度、溫溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。 傳感器節點設計 ●基于TI的CC2420芯片和ARM單片機設計方案 在設計無線傳感器網絡網關時，需要較強的數據處理能力，用以實現復雜路由協議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節點采用了MarvellPXA271高性能、低功耗處理器。該處理器使用動態電壓調節技術，頻率范圍13MHz"416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優良的動態電源管理技術。此外，該處理器封裝內集成三個芯片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絡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數據傳輸，發送功率-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。 Imote2系統結構 ●節點設計其他考慮 在智能交通系統專用無線傳感器網絡節點設計時需要如下考慮： ①節點低功耗設計。終端節點都是電池(可用太陽能蓄電池)供電。 ②節點成本要低廉。在進行大規模交通信息采集等部署時，節點成本將是項目關鍵。 ③節點的數據處理及存儲能力。一些節點需要進行高速信息采集并且運行識別算法，所以需要數據處理能力。還需要考慮在有限的空間之內存儲程序、數據、以及支持代碼在線更新等功能。 ④此外，根據不同應用場合的需要，無線傳感器節點要具有不同的傳感器接口，能外接不同的傳感器。 其中，能耗管理應該作為重點考慮。特別是采用32位ARM處理器外接射頻芯片的解決方案，需要有效降低節點能耗，需要在系統級軟件上進一步改善能耗管理，例如優化TinyOS或嵌入式Linux電源管理功能。 結語 無線傳感器網絡技術應用與研究得到更多關注。本文結合智能交通系統中的典型應用，討論了無線傳感器網絡的設計等問題。隨著技術發展與成熟，無線傳感器網絡技術可以在智能交通系統中更多關鍵性場合得到應用，例如電子收費、交通安全與自動駕駛、停車管理、交通誘導系統等，更進一步推動智能交通系統的發展。 |
