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1、室内无线网络论文：室内无线传感器网络簇头节点摘要:为了实现温室环境信息低功耗、低时延高效无线检测与控制,构建了三层次室内无线传感器网络系统,研制了在网络系统中较关键的具有远程和短距离无线通信功能的网络簇头节点.采用短距离无线通信CC2430模块和全球移动通信系统(GSM)GPRS模块设计网络簇头节点,并利用GSM网络内嵌的TCP/IP协议,设计基于Zigbee技术的无线收发功能程序和GSM网络传输控制功能程序.网络系统试运行表明,网络管理计算机可以随时获取被监测的温室温度等环境信息,与一般无线传感器网络相比,信息传输能耗低、时延小响应快,实现了无线传感器节点和远程管理计算机之间的信息高效无线
2、传输.关键词:无线传感器网络;全球移动通信系统;温室;检测;簇头节点 在某些温室室内环境监测中,需要对温度、湿度、二氧化碳浓度以及各种电器的使用状态、有害气体或者易燃气体浓度等进行实时监测,并作出快速响应处理(控制).目前的室内监控系统,采用传统有线传感器,需要大量的布线,给系统管理和维护带来很多不便,同时也存在安全隐患[1-2].最新提出的无线传感器网络主要针对室外环境,通常信息传输时延长、响应速度慢,不能满足室内环境的实时监测和快速处理要求[1],因此需要研发适合室内信息检测与控制的无线传感器网络系统.其中,具有远程和短距离无线通信功能的簇头节点是系统开发的关键点之一.目前国内外此方面
3、的研究已取得了一定进展.文献[3]提出一种无线传感器网络高效负载平衡算法,来解决基于分簇的无线传感器网络的簇头(网关)节点的过载问题;文献[4]提出了基于覆盖的簇头节点选择方法,比起传统基于能量的簇头节点选择方法,该方法能使监控整个范围的维持时间延长1/4到4.5倍;文献[5]结合GSM(globalsystemformobilecommunications,全球移动通信系统)技术和短距离无线通信技术,给出了一种传感器数据无线远距离传输系统,能稳定地进行多点远程监控和数据传输;文献[6]在试验温室内安装无线传感器节点,在PC机上安装主节点,仍然使用原温室中CAN总线的驱动电路和上层管理软件,
4、进行温室环境无线检测与控制;文献[7]针对能量与节点不均衡分布的WSN(wirelesssensornetwork,无线传感器网络),提出了一种基于类的簇头选择优化算法,改进簇和簇头的分布方式,提高负载均衡度,并延长无线传感器网络的生存时间.这些研究主要集中于单一短距离的无线传感器网络的在分簇方法和簇头选择算法,以及传感器数据无线远距离传输系统构建,没有研究解决信息传输时延长、响应速度慢问题.文中拟通过构建低功耗、低时延、高效的室内三层次无线传感器网络系统,综合应用短距离无线传感器网络通信技术、远程GSM网络技术及其内嵌TCP/IP协议,研制网络簇头节点,以期实现无线传感器节点和远程管理计算
5、机之间信息高效无线传输.1 室内无线传感器网络系统为了提高信息传输效率,采用层次分析法,综合时延、能耗和成本3方面因素,对室内无线传感器网络结构综合分析,得到结论:3层次无线传感器网络是较优系统.[8-9],包括:底层一般节点(包括无线传感器节点和无线控制节点),间层簇头节点,高层的网络管理计算机.其中,无线感器节点分布在需要监测的区域内,完成数据采处理和无线通信等功能;无线控制节点分布在需要制的装置内,完成对状态的控制;簇头节点接收各线传感器的状态数据,根据网络状态和对环境管理求,进行数据融合处理和控制判断处理,对无线控节点发送控制指令,并通过无线的方式与网络管理算机通信,在计算机上对整个
6、网络进行监控与管网络系统中,簇头节点承担着与底层节点和高层网管理计算机进行无线通信的双重任务,因此是网络统关键之一.其中无线传器模块用于同一般传感器节点进行通信,GPRS模用于传输采集到的信息到网络管理计算机.无线传器模块与GPRS模块之间通过RS232串口进行相电源模块用于提供无线传感器模块和GPRS模块行所需电源.2.1.1 无线传感器模块簇头节点与底层节点之间的无线通信采用于Zigbee技术的CC2430无线传感器模块,如图所示.模块核心CC2430芯片是符合Zigbee标准2.4GHz系统芯片(SystemonChip,简称SoC),能满足低成本、低功耗应用要求.CC2430芯片包括
7、个高性能、2.4GHz的DSSS(directseqcuencesprespectrom,直接序列扩频)射频收发器以及增强8051单片机,集成了8kB的静态RAM,最大1的FLASH存储器,IEEE802.15.4PHY层、MAC层协议和Zigbee协议栈.另外,CC2430的8位ADC模块可以采样AVDD_SoC引脚上电压,即片上模拟电电压,实现对节点电池的剩余电量检测..2.1.3 簇头节点电源簇头节点电
