基于WiMAX技術的校園網絡平臺設計與實現
7 無線傳感器基站體系結構
分布式傳感網絡構建方案中,以圖1中WiMAX核心網中虛線框內的CPE所提供的E1/T1接口以及TD信號端實現與CC1110無線傳感模塊基站的硬件對接,以MCU的時鐘信號調節流控信號收發,以SIP(階段信令控制協議)作為通信控制協議。硬件服務器基站采用嵌入式ARM平臺,該ARM平臺基于S3C2440A處理器、Fedora操作系統,以Web服務器和客戶端瀏覽器為架構主體建立分布式現場的流控應用平臺。無線傳感基站的組成結構如圖3所示。包括微處理器單元(MCU)、屯源模塊、顯示模塊、復位模塊、串口TCP/IP以太網模塊、存儲模塊、CC1110無線射頻模塊和為了解決射頻發送距離近而設計的PA功放模塊。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159378.htm
如圖3所示,微處理器采用三星公司的S3C2440A芯片,該微處理器基于ARM920T內核,它的杰出特點是16/32位RISC處理器,實現了MMU、AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結構。這一結構具有獨立的16 kB指令CACHE與16 kB數據CACHE,每個都由8 Byte長的行組成,通過提供一套完整的通用系統外設,S3C2440A芯片在實現高速率低功耗的同時減少總體系統成本以及無需配置額外的組件。圖中S3C2440A芯片以SPI模式對傳感器模塊CC1110進行控制,共有6條信號,其中,SCLK為時鐘信號,負責調整MCU與CC1110的信號同步;GD01為連續配置接口,負責數據輸出;CSn作為連續配制接口字,負責芯片的選擇;GD00是作為一般用途的數字輸出腳,它的功能為測試信號、FIFO狀態信號、時鐘輸出以及連續輸入TX數據;它與GD02承擔數字輸出功能,與GD00作用相類似;SI是數字輸入信號,作為連續配置接口承擔接收數據輸入的功能。CC1110裝備了內置的狀態機,可以用來在不同的操作狀態之間切換。當CHIP_RDYn引腳拉低時,內部功率增加序列完成,在CSn拉低后,可選的電磁波激活功能(WOR)使CC1110周期性地從深度休眠狀態激活,從而不需要S3C2440A的作用即能偵測到發送過來的數據包。在WOR啟用的狀態下,在SWOR命令濾波被送到SPI接口后,當CSn被釋放后CC1110會進入體眠狀態,在WOR濾波使用前RC振蕩器必須啟用。在定時器終止后,芯片上的定時器將使CC1110再次進入空閑狀態。經過一段RX中的可控時間,芯片返回休眠狀態,直至被WOR拉低喚醒。當TX開啟時,芯片將保持TX狀態直到當前數據包已被成功地發送。通過使用命令濾波,由MCSM1.TXOFF_MODE設置能自動地將CC1110從RX狀態轉變到TX狀態,若通信控制裝置當前處在發送狀態且SRX濾波正在使用,則當前傳輸將被終止,且向RX轉換。
8 CC1110無線數傳數據字節分配
室外無線傳感器網絡的數據包格式如圖4所示。前導是一個交互式的0、1序列,前導字節長度由MDMCF1.NU_PREAMBLE控制字可編程控制。當啟用TX時,調制器開始傳動前導,當控制字節的前導被傳送完畢時,調制器開始發送設置于SYNC1與SYNC0寄存器中的同步詞匯,該字節提供傳入數據包的字節同步。接著發送由PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG寄存器來設置,數據包長度應該定義為有效荷載數據,不包括長度字節和可選CRC校驗,PKTLEN寄存器用來設置RX中允許的最大數據包長度,任何長度字節值大于PKTLEN的接收數據包將被丟棄。然后,MCU開始處理裝置檢查目的地址,當地職匹配時才繼續進行接收。若自動CRC校驗檢查開啟,則數據包處理裝置計算CRC,并將它同附加CRC檢驗和相匹配。
鑒于以上對數字化校園室外網絡的研究,無線傳感器網絡可以采用多個無線傳感基站,采用重疊交叉無線覆蓋的方式,完成區域的無縫無線覆蓋。首先,選擇網狀網結構作為校園無線網絡的拓撲結構,每個節點都工作在電磁波激活模式,使用多跳方式來續傳其它節點的信息交流業務;其次,將整個校園室外無線網絡劃分成各個小區網絡,每個小區都有自己的基站接入點服務;再次,采用無線與有線相結合的方式。將多模光纖連接到移動用戶終端集中的場所中;最后,根據校園所在的環境特點,以室外的無線控制集中器為中心,使無線傳感器網絡向四周不同層次的交流空間擴散,促進信息的高速傳播。無線傳感網絡的網絡搜索路徑采用基于最小跳數的信息轉發協議,網絡內任何節點向集中器發送的信息都將沿著最短路徑傳送。
9 結束語
實驗采用校園內同一區域分別組網的方式來對比WLAN與本方案的網絡性能指標,采用通用的Adhoc BSS組網模式,站點隨機分布在200 m×200m的教學樓與校園花園內,通過對動態的RF環境進行檢測,勘測整個RF環境是否存在影響無線傳輸性能的干擾,并且通過無線網絡的信道吞吐量檢測,考察無線AP的數據處理能力。監測無線網絡流量情況并進行協議分析,分析WLAN與本方案內運行的協議種類,以及各種協議所占比例,查看是否有異常的協議和流量在運行。從而有效地量化用戶的無線網絡性能,為用戶提供調整浣善整個無線網絡的依據及方案。表1為本方案與WLAN通過校園組網實地測定后得出的參數對照表。從該表中可以清楚地分析出,對比WLAN組網,經過本方案Wimax與CC1110傳感網絡的校園組網數據延時更短,吞吐量更高,數據丟包率更小,性能指標更趨于優異。
WiMAX技術與無線傳感網絡技術是在寬帶網絡IP化、移動化、寬帶化的進程中逐漸壯大的。從最初的無線傳感器網絡與WiFi相配合解決無線網絡的信號覆蓋問題到如今的無線傳感網絡與3G網絡混合組網實現寬帶城域網可以看出,WiMAX技術與無線傳感網絡技術憑借其技術優勢,必將在未來有廣闊的發展前景。從組網的角度看,校園整體性無線網絡建設是一個相當復雜的系統工程,需要全局考慮、細致分工布局,這樣才能建設成一個真正滿足需求的、可運營、可管理的無線校園網絡。
評論