基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與研究

1 Wi-Fi
Wi-Fi(Wireless Fidelity)是無線通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802．11，它是一種無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點(diǎn)(AP)、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實(shí)現(xiàn)。Wi-Fi工作在2．4 GHz的ISM頻段上，總數(shù)據(jù)傳輸速率為2 Mb／s。兩個(gè)設(shè)備之間可以自由直接地進(jìn)行通信，也可以在基站或者訪問點(diǎn)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行通信。采用Wi-Fi的WSN，不僅能夠享受到成熟的Wi-Fi技術(shù)帶來的好處，還能在單節(jié)AA電池下維持?jǐn)?shù)年的使用壽命。與ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)比較，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)則更成熟，在設(shè)備互操作上具備明顯優(yōu)勢(shì)，比ZigBee有更長(zhǎng)的通信距離、更快的通信速率。基于IP的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)與已經(jīng)安裝在企業(yè)和家庭中的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫連接，而且還具有更好的安全性。

2 硬件設(shè)計(jì)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊構(gòu)成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理和控制模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心，它主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度、資源管理、功耗管理等功能。GainSpan公司推出的Wi-Fi芯片GS1010，將兩個(gè)ARM7 32位微處理器、384 KB閃存、224 KB SRAM，A／D，RTC和802．11無線芯片以及一整套豐富的外部I／O外設(shè)等全部設(shè)計(jì)在一只非常小的QFN封裝微型單芯片中。它可將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的處理器模塊和無線收發(fā)模塊集成在一起，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無線化、微型化。高度集成的無線SoC設(shè)計(jì)，可減少系統(tǒng)成本，降低應(yīng)用設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使設(shè)備功耗非常低。靈活配置的多個(gè)I／O接口，可以與多個(gè)傳感器相連接，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易整合。

3 軟件設(shè)計(jì)
μC／OS-Ⅱ的前身是μC／OS，它是一種免費(fèi)公開源代碼的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。它包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。這里的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)包括：無線功能(802．11)、GS1010 APIs、電源優(yōu)化管理、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理和配置、I／O的服務(wù)和驅(qū)動(dòng)程序、安全等，如圖2所示。