基于ARM-11的野外WSN基站設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

　　0 引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)利用大量廉價(jià)傳感器節(jié)點(diǎn)在目標(biāo)區(qū)域探測(cè)并回傳數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)處理并提供信息給決策者.監(jiān)測(cè)野外環(huán)境時(shí)，因?yàn)椴豢赡茏龅酱笠?guī)模布線(xiàn)供給電源或傳輸數(shù)據(jù)，所以有線(xiàn)傳感方案不可行，利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題.野外環(huán)境不如室內(nèi)環(huán)境理想，影響無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)囊蛩夭豢煽兀赡軐?dǎo)致數(shù)據(jù)損失較多.在現(xiàn)有解決方案中單個(gè)節(jié)點(diǎn)丟包率是80%~90%,經(jīng)過(guò)多跳返回至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)少而且質(zhì)量差，不足以作為決策依據(jù)，從而失去監(jiān)控意義.

　　既然單個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)不可靠，那么可以用一個(gè)較大但較為可靠的設(shè)備作為中繼基站，近距離高質(zhì)量地接收附近節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，利用成熟可靠的技術(shù)回傳至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，彌補(bǔ)現(xiàn)有解決方案的不足.基于ARM11 的開(kāi)發(fā)板具有內(nèi)存大.計(jì)算能力強(qiáng).性能優(yōu)異穩(wěn)定的特點(diǎn)，適于充當(dāng)這里的中繼基站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類(lèi)發(fā)送和分方式發(fā)送，并且達(dá)到數(shù)據(jù)的一個(gè)定位功能，使傳感器網(wǎng)絡(luò)回傳的數(shù)據(jù)數(shù)量更多.質(zhì)量更好，使決策者了解的情況更加可靠，保證了監(jiān)控意義.

　　1 基 站

　　基站即公用移動(dòng)通信基站是無(wú)線(xiàn)電臺(tái)站的一種形式，是指在一定的無(wú)線(xiàn)電覆蓋區(qū)中，通過(guò)移動(dòng)通信交換中心，與移動(dòng)電話(huà)終端之間進(jìn)行信息傳遞的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信電臺(tái).

　　基站包括宏基站.微基站.射頻拉遠(yuǎn).直放站和室內(nèi)分布系統(tǒng).宏基站一般有專(zhuān)用的機(jī)架，可以提供容量，容量大，需要機(jī)房，可靠性較好，維護(hù)方便.微基站可以看成是微型化的基站，將所有的設(shè)備濃縮在一個(gè)比較小的機(jī)箱內(nèi)，可以方便安裝；同時(shí)微基站和宏基站一樣可以提供容量.射頻拉遠(yuǎn)是指將基站單個(gè)扇區(qū)的射頻部分用光纖拉到一定距離之外發(fā)射的設(shè)備，光纖拉遠(yuǎn)的基帶部分安放在原基站，可以和原基站的其他扇區(qū)共用CE 等資源，可以提供容量.直放站是一種信號(hào)中繼器，對(duì)基站發(fā)出的射頻信號(hào)根據(jù)需要放大，本身不能提供容量，其應(yīng)用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區(qū)域和容量要求比較小的廣域覆蓋.

　　應(yīng)用最廣泛的直放站包括無(wú)線(xiàn)直放站和光纖直放站兩大類(lèi)，其中的區(qū)別主要是施主基站的信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)途徑還是光纖傳播到直放站.室內(nèi)分布系統(tǒng)通過(guò)將宏基站.微基站和直放站等的射頻輸出信號(hào)為信號(hào)源引入到需要覆蓋的室內(nèi)環(huán)境，來(lái)提高室內(nèi)覆蓋性能，本身不能提供容量，包括有源和無(wú)源兩類(lèi)產(chǎn)品.

2 自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

　　自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示，以ARM-11 開(kāi)發(fā)板為核心接收節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并加載GPRS 模塊和3G 模塊來(lái)實(shí)施傳輸.接收的數(shù)據(jù)以文本形式和多媒體圖片形式進(jìn)行儲(chǔ)存，文本通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端手機(jī)，多媒體圖片通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端PC.下面分別從文本.多媒體及數(shù)據(jù)類(lèi)型的判定三個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明.

　　2.1 文本文本中存儲(chǔ)的是節(jié)點(diǎn)采集的當(dāng)?shù)氐臏囟?濕度.光照等信息，通過(guò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳送至ARM-11開(kāi)發(fā)板，文件結(jié)尾以。txt為后綴名.文本存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相對(duì)比較小，將借助GPRS 模塊，通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至手機(jī)終端，手機(jī)將會(huì)以短信的形式接收到信息.這樣，既能夠達(dá)到傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷也相對(duì)較小.

　　2.2 多媒體多媒體數(shù)據(jù)是節(jié)點(diǎn)采集的當(dāng)?shù)刂苓叺牡乩硇畔?，以圖片的形式，通過(guò)WiFi 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至ARM-11開(kāi)發(fā)板，文件結(jié)尾以。jpg為后綴名.文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相對(duì)比較大，將借助3G 模塊，通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端PC,PC 將會(huì)以郵件附件的形式接收到信息.這樣，既能夠保證圖片的傳輸速度和質(zhì)量，也能夠充分利用3G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)大文件的傳輸優(yōu)越性，做到網(wǎng)絡(luò)的充分利用.

　　2.3 數(shù)據(jù)類(lèi)型判定要做到數(shù)據(jù)的自適應(yīng)傳輸，也就是上面所說(shuō)的文本數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)分別以2G 網(wǎng)絡(luò)和3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端，這里采用的是從文件的后綴名對(duì)文件一一進(jìn)行判定.如果遇到后綴名為。txt,則歸類(lèi)為文本文件，通過(guò)2G 網(wǎng)絡(luò)傳輸，同樣，若后綴名為。jpg,則歸類(lèi)為多媒體文件，通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)傳輸.

　　具體過(guò)程如下：

　　（1） 對(duì)文件逐個(gè)取地址.

　?。?） 判定.if（filename.endsWith（“.txt”）） 即文件后綴名是否為。txt.若判定為是，則判定其為文本數(shù)據(jù)，繼而調(diào)取短信發(fā)送函數(shù)發(fā)送.

　?。?） 若第2 步判定為非，則if（filename.endsWith（“.jpg”））即判定文件名是否以。jpg 為結(jié)尾.若判定為是，則文件為多媒體數(shù)據(jù)，繼而通過(guò)郵件發(fā)送函數(shù)發(fā)送.

　?。?） 若第（3） 步判定為非，則文件錯(cuò)誤，跳過(guò)，繼續(xù)取下一文件地址.

　　3 測(cè)試

　　測(cè)試的重點(diǎn)是自適應(yīng)傳輸.測(cè)試的環(huán)境選在西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院外的樹(shù)林中.主要流程如下：

　?。?） 布置10 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中5 個(gè)采集溫度.濕度.光照，5個(gè)采集多媒體數(shù)據(jù)；

　?。?） 搭建好基站初始化系統(tǒng)，發(fā)送采集到的文件；

　?。?） 終端查收文件.

　　基站初始化界面如圖2 所示，本系統(tǒng)的主要信息為基站名稱(chēng).接收信息的手機(jī)號(hào)碼.接收郵件的郵箱地址以及采集到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值.此外，還有相關(guān)的控制按鈕.