專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及一種對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍進行擴展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(W ireless Sensor Network，簡稱WSN)被認為是21世紀最重要 的技術(shù)之一，是眾多的傳感器通過無線通信的方式，相互聯(lián)系，處理、傳遞信息的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng) 絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，可以實時監(jiān)測、 感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進行處理，傳送 給所需用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、工業(yè)、交通、安全、醫(yī)療、探測以及家庭和辦公環(huán)境等 很多方面都有著廣泛的用途，其研究、開發(fā)和應(yīng)用，關(guān)系到國家安全、經(jīng)濟發(fā)展等各個重大 方面，近年來在國際上引起了廣泛的重視和投入。如圖1所示，圖1為目前典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)圖。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通 常由傳感器節(jié)點群、基站(sink節(jié)點)和管理節(jié)點組成。大量傳感器節(jié)點隨機部署在感興 趣區(qū)域內(nèi)部或者附近，以自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。采集數(shù)據(jù)之后以多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳回 sink節(jié)點，由sink節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星或移動通信網(wǎng)絡(luò)傳送到管理節(jié)點 進行處理。用戶通過管理節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集 監(jiān)測數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器裝置，對無線傳感器通信網(wǎng)進行無縫擴展，可以兼容各種 不同的通信協(xié)議?；贗EEE 802. 15. 4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于廉價、簡單、低功耗、低速據(jù)傳輸速率 (250Kbit/s)以及工作在可免申請的ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)療)2. 4GHz頻段的特點，在自動化 控制、環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重 要組成部分，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴展延伸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中繼器系統(tǒng)對2. 4GHz上傳輸?shù)乃蠭EEE 802. 15. 4消息進行透明轉(zhuǎn)發(fā)，可以兼容所有基于 IEEE 802. 15. 4的各種上層通信協(xié)議，如Zigbee協(xié)議等。研發(fā)低成本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼 器系統(tǒng)，有利于部署大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，對無線傳感器通信網(wǎng)進行 透明擴展，可以兼容各種不同的通信協(xié)議。中繼器系統(tǒng)具有可適應(yīng)性，可以最大限度地提供 與不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)、不同骨干網(wǎng)絡(luò)、不同應(yīng)用整合的方便性。本發(fā)明采用支持多種天線方 式，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)它主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中繼器模塊 兩部分組成，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能采集和發(fā)送各種加載的傳感器數(shù)據(jù)，中繼 器模塊能夠?qū)⒔邮盏降臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進行透明處理，并把透明處理后的 數(shù)據(jù)發(fā)送到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明中繼器模塊包括無線通訊單元，處理器單元和能量供應(yīng)單元。無線通訊單元與有效范圍內(nèi)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點之間可進行通信，接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù) 據(jù)信息和廣播發(fā)送透明處理后的數(shù)據(jù)信息；處理器單元控制整個中繼器模塊的操作，透明 處理接收的數(shù)據(jù)信息。由于本發(fā)明采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中繼器相結(jié)合的配合的形式，實現(xiàn)無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍的擴展延伸，有利于部署大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，而且具有投資省、數(shù)據(jù) 傳輸效率高、可靠性好等優(yōu)點，是一種有利于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備數(shù)據(jù)透明的無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出詳細說明。圖1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)圖；圖2本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的裝置原理具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，并參照附 圖，對本發(fā)明進一步進行詳細說明。本發(fā)明所提及的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)中繼器模塊是任意獨立使用，當中繼 器模塊接收到來自于其附近的2. 4G頻率上的無線通信時，由中繼器模塊進行數(shù)據(jù)透明化 處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)給附近的2. 4GHz無線通訊網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)數(shù)據(jù)透明化處 理是使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中接收到中繼器系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點收到的數(shù)據(jù)信息與未通過中 繼器系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)前的信息完全一致，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)對整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是 透明的。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器裝置的結(jié)構(gòu)框圖，該中繼 器包括無線通訊單元，處理器單元和能量供應(yīng)單元。無線通訊單元與有效范圍內(nèi)的無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點之間可進行通信，接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息和廣播發(fā)送透明處 理后的數(shù)據(jù)信息；處理器單元控制整個中繼器模塊的操作，透明處理接收的數(shù)據(jù)信息；電 源管理模塊，負責提供中繼器裝置所需的能源，以及電壓檢測和預警；存儲器，用于存儲接 收到的節(jié)點數(shù)據(jù)以及中繼器裝置自身信息。所述微處理器與存儲器、無線接收器相連接，所 述電源與微處理器、存儲器、無線接收器相連接。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的電路原理圖，微處理器單元使用TI公司的 MSP430F1，該處理器有比較豐富的內(nèi)部資源和外部接口。片內(nèi)有60KB的閃存Flash，2KB 的RAM ；還包括11個16位的定時器，另有比較和捕獲的功能，提供2個UART接口和2個 SPI/I2C接口 ；芯片內(nèi)部提供一個8通道的12位采樣精度的ADC控制器；在電源管理方面， MSP430F提供了一種活動模式(AM)和5種低功耗的模式(LPM0-LPM4)，特別適合功耗要求 低的應(yīng)用。無線射頻收發(fā)單元采用Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420采用半正弦脈沖調(diào) 制O-QPSK載波技術(shù)，載波頻段為2400-2483. 5MHz，最大傳輸速率為250Kbps，通過Si、SO、SCLK與微處理器的SPISIMO、SPISOMI、UCLK引腳連接，F(xiàn)IF0、FIF0P、CCA與微處理器的帶中 斷功能的IO 口相連，CSN、RST、VREG與微處理器的簡單IO引腳相連，SFD與微處理器的帶 定時和捕獲功能的定時引腳相連。 存儲單元用于存儲系統(tǒng)在運行時的特征參數(shù)，通過I2C與微處理器相連接。電源管理單元，用于對通用節(jié)點中各單元供電，檢測電源的健康狀況。采用軟件/硬件兩種看門 狗技術(shù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的自動監(jiān)控，以及異常處理功能。設(shè)計了防破壞功能，可以 在發(fā)現(xiàn)破壞行為時，具有狀態(tài)報警機制。
權(quán)利要求
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中繼器模塊兩部分組成，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能采集和發(fā)送各種加載的傳感器數(shù)據(jù)，中繼器模塊能夠?qū)⒔邮盏降臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進行透明處理，并把透明處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)中， 中繼器使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的射頻信號覆蓋范圍擴大，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個終端節(jié) 點、路由器節(jié)點構(gòu)成一個由基站節(jié)點控制的無線傳感器子網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信的連接 方式，其中包括通過基于IEEE 802. 15. 4在2. 4GHz無線射頻通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)中， 中繼器模塊包括無線通訊單元，處理器單元和能量供應(yīng)單元。無線通訊單元與有效范圍內(nèi) 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點之間可進行通信，接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息和廣播發(fā) 送透明處理后的數(shù)據(jù)信息；處理器單元控制整個中繼器模塊的操作，透明處理接收的數(shù)據(jù) 信息；電源管理模塊，負責提供中繼器裝置所需的能源，以及電壓檢測和預警；存儲器，用 于存儲接收到的節(jié)點數(shù)據(jù)以及中繼器裝置自身信息。所述微處理器與存儲器、無線接收器 相連接，所述電源與微處理器、存儲器、無線接收器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中繼器系統(tǒng)中繼器模塊是任意獨立使用，當中繼器模塊接收到來自于其附近的2. 4G頻 率上的無線通信時，由中繼器模塊進行數(shù)據(jù)透明化處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)給附近的2. 4GHz無線通 訊網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中繼器系統(tǒng)數(shù)據(jù)透明化處理是使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中接收到中繼器系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點 收到的數(shù)據(jù)信息與未通過中繼器系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)前的信息完全一致，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系 統(tǒng)對整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中繼器系統(tǒng)方法包括配置和執(zhí)行任務(wù)代碼、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收、接收數(shù)據(jù)透明化 處理步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)中， 采用軟件/硬件兩種看門狗技術(shù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的自動監(jiān)控，以及異常處理功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)中， 設(shè)計了防破壞功能，可以在發(fā)現(xiàn)破壞行為時，具有狀態(tài)報警機制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以兼容各種不同的通信協(xié)議，對無線傳感器通信網(wǎng)進行透明擴展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)。它主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中繼器模塊兩部分組成，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能采集和發(fā)送各種加載的傳感器數(shù)據(jù)，中繼器模塊能夠?qū)⒔邮盏降臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進行透明處理，并把透明處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明具有投資省、數(shù)據(jù)傳輸效率高、可靠性好有利于部署大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等優(yōu)點，是一種有利于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備數(shù)據(jù)透明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器系統(tǒng)。
文檔編號H04W40/22GK101848469SQ20091006669
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者何麗莉, 姜宇, 張健, 曹英暉, 胡成全 申請人:張健