本文關(guān)鍵詞：具有多種通信方式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 21 卷 第 1 期 2008 年 1 月

傳 感 技 術(shù) 學(xué) 報(bào)
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUAT ORS

Vol. 21 No. 1 JAN. 2008

Wireless Sensor Networks Gateway with Multi Communi

cation Methods*
CA I H ao 1 , FE NG R en j i an 2 , WA N J i ang w en 2*
1. S chool of A ut omat ion , B eij in g Univ e rsi ty of P ost s and T el ec ommuni cat ions, B eij ing 100876, Chi na; 2. S chool of I nstr ument S ci ence & Op t o E lec tr oni cs Eng inee ri ng , Bei hang Uni v ersi t y , B eij in g 100083, China

Abstract: For t he Wireless Sensor Netw o rks ( WSN s) , gat ew ay equipment connecting w it h ot her netw or ks is needed t o r ealize t he long dist ance t ransm ission of t he inf orm at ion f rom the sink nodes. T he g at ew ay w it h only sing le com municat ion met hod is dif ficult t o accomm odat e t he pract ical applicat ions. T heref ore, a WSNs g atew ay by w hich dat a can be t ransmit ted w it h Et hernet , PST N and GPRS co mmunication met hods is designed and implement ed. T he S3C44B0X M CU of ARM 7 series and Clinux embedded oper at ing sys t em are used t o const ruct t he g atew ay. M eanw hile, mult ithreading t echnolog y is ut ilized t o manag e the parallel comm unicat ion. Key words: wireless sensor netw o rks; gat ew ay; mult ithreading; co mmunication m et hod EEACC: 6150P

具有多種通信方式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)*
蔡 皓1 , 馮仁劍2 , 萬(wàn)江文2*
1. 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 北京 100876; 2. 北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué) 與光電工程學(xué)院, 北京 100083

摘 要: 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點(diǎn)獲取 的信息需要利用網(wǎng)關(guān) 設(shè)備與 外部網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行連 接以實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距 離傳輸, 單一 通信方 式
的網(wǎng)關(guān)常常不能適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用。為此, 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一 種可以通過(guò)以太網(wǎng)、 共電話網(wǎng)以 及 G PRS 網(wǎng) 絡(luò)等多種 方式進(jìn)行數(shù) 據(jù) 公 轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)基于 A RM 7 系列的 S3C44B0X 微控制器和 Clinux 嵌入式操作系統(tǒng), 運(yùn)用多 線程技術(shù)控制 各通信方式并行執(zhí)行。

關(guān)鍵詞: 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò); 網(wǎng)關(guān); 多線程; 通信方式 中圖分類號(hào): TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004 1699( 2008) 01 0169 05 通過(guò)有線方式( 串口或 U SB 電纜) 與 PC 相連, 后者 完成數(shù)據(jù)的讀取、 轉(zhuǎn)換、 顯示、 轉(zhuǎn)發(fā)等工作。其中, 轉(zhuǎn) 發(fā)功能是 PC 利用網(wǎng)卡接入外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這 種工作方式成本高, 開(kāi)銷大, 實(shí)際應(yīng)用時(shí)易受到工作 環(huán)境的限制[ 2] 。例如在惡劣或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中, 感知區(qū) 域難以接近時(shí), 將匯聚節(jié)點(diǎn)與 PC 相結(jié)合作為外部 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備具有較大難度 [ 3] 。一個(gè)行之有效的解 決方法是配置體積小、 功耗和成本較低且可以靈活 部署的 WSNs 網(wǎng)關(guān), 由網(wǎng)關(guān)處理所獲取的信息并進(jìn) 行轉(zhuǎn)發(fā)工作。 目前, 國(guó)內(nèi)外已有關(guān)于 WSNs 信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)( Wireless Sensor Netw o rks, WSNs) 由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的低成本 微型傳 感器節(jié)點(diǎn)組成, 節(jié)點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線、 多跳通信方式形成 一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在 WSNs 中, 傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié) 作地采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息并 通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)( sink nodes) 發(fā)送給觀察者。通過(guò)傳 感器網(wǎng)絡(luò)可以直接感知客觀世界, 從而極大地?cái)U(kuò)展 了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識(shí)世界的能力[ 1] 。 及時(shí)獲取感知區(qū)域內(nèi)的信息并進(jìn)行處理、 轉(zhuǎn)發(fā) 等操作是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 一般情況下, 匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù),

基金項(xiàng)目: 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃( 863 計(jì)劃) 專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助( 2006AA 01Z222) 收稿日期: 2007 07 28 修改日期: 2007 09 10

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傳輸?shù)难芯繄?bào)道。美國(guó)的 Crossbow 公司曾推出具 有以太網(wǎng)通信功能的匯聚節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品并得到應(yīng)用。哈 佛大學(xué)的科研人員在位于厄瓜多爾境內(nèi)的唐古拉瓦 火山( Volcan T ungurahua) 附近部署了小范圍的無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò), 采集次聲波信號(hào)并傳送至匯聚節(jié)點(diǎn), 通過(guò)接入無(wú)線 M ODEM 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 9 公里外火 山監(jiān)測(cè)站的一臺(tái) PC 上 [ 4] 。國(guó)內(nèi)一些大學(xué)和科研機(jī) 構(gòu)也提出了有關(guān)解決方案, 比較典型的是基于有線 通信方式的以太網(wǎng)和無(wú)線通信方式的 GPRS
[ 6] [ 5]

離傳輸, 傳輸方式包括以太網(wǎng)、 移動(dòng)通信網(wǎng)( GPRS) 和公共電話網(wǎng)( P ST N) , 同時(shí), 還可以封裝成短消息 發(fā)送至移動(dòng)終端用戶。 網(wǎng) 關(guān) 設(shè) 計(jì) 在 硬 件 上 選 取 ARM 7 系 列 的 S3C44B0X 芯片為中央處理器, 外圍電路主要包括 存儲(chǔ)器系統(tǒng)、 串行通信接口、 以太網(wǎng)接口、 時(shí)鐘系統(tǒng) 和其他電路系統(tǒng)。其中, 在設(shè)計(jì)串行通信接口電路 時(shí), 除了使用 CP U 自帶 2 通道 U ART ( 通用異步收 發(fā)器) 外, 還利用 EXAR 公司生產(chǎn)的異步通信芯片 ST 16C554 擴(kuò)展出兩個(gè)串口, 分別連接 匯聚節(jié)點(diǎn)和 GPRS 模塊。在有線通信方式中, 串行接口具有連 接線少, 簡(jiǎn)單可靠且成本低廉等優(yōu)點(diǎn), 所以在網(wǎng)關(guān)上 擴(kuò)展串口為其他串行設(shè)備的接入提供了便利條件。 網(wǎng)關(guān)在軟件上采用 Clinux 操作系統(tǒng)控制和管理各 種資源, 在開(kāi)源的嵌入式操作系統(tǒng)中, Clinux 性能 穩(wěn)定, 移植性好, 具有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)能力且支持多種文 件系統(tǒng) , 對(duì)于網(wǎng)關(guān)多通信方式的開(kāi)發(fā), Clinux 具 有更大的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)網(wǎng) 關(guān)的硬件電路 設(shè)計(jì)進(jìn)行制 板、 焊接、 調(diào)試等工作, 網(wǎng)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示, 實(shí) 物圖如圖 3 所示。
[ 7]

、 CD

M A 等 WSN s 網(wǎng)關(guān)。在這些單一通信方式的網(wǎng)關(guān) 中, 以太網(wǎng)通信穩(wěn)定可靠, 但需要具備相應(yīng)的接入條 件, 這在許多應(yīng)用情況下難以實(shí)現(xiàn); 無(wú)線通信移動(dòng)性 能良好, 但易受到網(wǎng)絡(luò)覆蓋面及資費(fèi)問(wèn)題困擾。為 了解決上述問(wèn)題, 可在網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)包括有線和無(wú)線 的多種通信方式, 在實(shí)際應(yīng)用時(shí), 根據(jù) WSNs 部署 區(qū)域的境況自主選擇所需要的通信方式, 或者在條 件允許的情況下同時(shí)使用。具有多種通信方式的網(wǎng) 關(guān)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)的接入, 完成 WSN s 數(shù)據(jù) 的轉(zhuǎn)發(fā), 同時(shí)還可以適應(yīng) WSNs 部署的靈活性。 本文在上述思路的基礎(chǔ)上, 設(shè)計(jì)完成一種具有 匯聚節(jié)點(diǎn)功能的 WSN s 網(wǎng)關(guān), 并通過(guò)集成以太網(wǎng)、 MODEM 以及 GPRS 多種通信方式, 搭建起 WSNs 與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的橋梁。運(yùn)用嵌入式操作 系統(tǒng) Clinux 的多線程機(jī)制控制各通信軟件并行執(zhí) 行, 提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)靈活可靠并具 有可擴(kuò)展性, 為實(shí)現(xiàn)更多途徑的網(wǎng)絡(luò)接入方案提供 了有價(jià)值的方法參考。

1

系統(tǒng)組成及工作原理
網(wǎng)關(guān)的功能包括兩個(gè)方面: 一是通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)

圖 2 網(wǎng)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

獲取 WSNs 的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 二是利用外部網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā), 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 3 網(wǎng)關(guān)實(shí)物圖

實(shí)物圖的上方為網(wǎng)關(guān)主電路板, 下方為匯聚節(jié)
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

點(diǎn)( 左) 和 GPRS 模塊電路( 右) , 分別利用 51 針連接 器和兩排 8 針連接器與主電路板連接。兩排 8 針連 接器提供標(biāo) 準(zhǔn)的 電源信 號(hào)( 5V 和 3. 3V ) 、 信號(hào) 地 ( GND) 以及串行通信信號(hào)( RXD 和 T XD) 。這種設(shè) 計(jì)思路主要是 考慮到在網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)其 他通信方式 時(shí), 無(wú)需重新設(shè)計(jì)主電路板, 任何支持串行通信的設(shè) 備都可以使用引出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 例如 CDM A、 等 3G

傳感器節(jié)點(diǎn)采集感知區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù), 進(jìn)行簡(jiǎn)單 的處理后發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn); 網(wǎng)關(guān)利用串行方式讀取 數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成用戶可知的信息, 如傳感器節(jié)點(diǎn)部署 區(qū)域內(nèi)的溫度、 濕度、 加速度、 坐標(biāo)等; 接著進(jìn)行遠(yuǎn)距

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皓, 馮仁劍等: 具有多種通信方式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)

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無(wú)線通信模塊。只需設(shè)計(jì)模塊的外圍電路板, 正確 連接這些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)即可。

read( ) 函數(shù)讀取該請(qǐng)求并調(diào)用 w rit e( ) 函數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)封 裝好的信息。 在客戶機(jī)端: 遠(yuǎn)程 P C 調(diào)用一個(gè) socket ( ) 函數(shù), 建立一個(gè) socket ( 套接字) , 指定 T CP 及相關(guān)協(xié)議; 調(diào)用 connect ( ) 函數(shù)將本地端口號(hào)和地址信息傳送 至網(wǎng)關(guān), 請(qǐng)求建立連接; 之后通過(guò) w rit e( ) 函數(shù)進(jìn)行 服務(wù)請(qǐng)求的發(fā) 送, 通 過(guò) read ( ) 函數(shù) 進(jìn)行響應(yīng) 的接 收, 讀取網(wǎng)關(guān)發(fā)送的信息。 2. 2. 2 MODEM 通信方式設(shè)計(jì) M ODEM 通 信 方 式 主要 是 利 用 公 共電 話 網(wǎng) ( P ST N) 作為數(shù)據(jù)傳輸載體, 與 socket 通信邏輯過(guò) 程大體相似, 只是 M ODEM 通信方式的請(qǐng)求過(guò)程有 所差別。W SNs 網(wǎng)關(guān)與 遠(yuǎn)程終端通 過(guò) PST N 進(jìn)行 通信的流程設(shè)計(jì)如圖 4 所示( 以網(wǎng)關(guān)作為被叫方為 例, 主叫方程序流程與此類似, 只是監(jiān)聽(tīng)改為撥號(hào)) :

2

網(wǎng)關(guān)多通信方式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過(guò)

程中, 網(wǎng)關(guān)處于承上啟下的地位, 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袠?節(jié)點(diǎn)。因此, 網(wǎng)關(guān)通信軟件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要, 也是本 論文的一大技術(shù)難點(diǎn)。將通信軟件列為兩個(gè)分別開(kāi) 發(fā)的模塊, 即: * 網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)通信模塊 * 網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信模塊 2. 1 網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信 網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信主要是讀取匯聚節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù) 的 過(guò) 程, 一 般 采 取 串 行 通 信 方 式。 由 于 Cl inux 實(shí)現(xiàn)了串口驅(qū)動(dòng)程序, 因此可以通過(guò)打開(kāi)、 讀寫對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件來(lái)完成對(duì)串口的操作。串口等 設(shè)備 在 Linux 系 統(tǒng) 中 通 常 對(duì) 應(yīng) 于/ dev/ t t yS0、 tt y S1、ty S2 t 編程 時(shí)調(diào) 用相 應(yīng)的 open ( ) 、 read ( ) 、 rit e( ) 等函數(shù)。關(guān)于串口的屬性參數(shù)設(shè)置可參 w 考 POSIX 操作系統(tǒng)的串行編程指南。在前文中提 到利用異步通信芯片 ST 16C554 獲得兩個(gè)新的串口 設(shè)備對(duì)應(yīng)/ dev/ t t yS2 和 t ty S3, 其中網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn) 連接使用/ dev/ t t yS3。 在設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的串口通 信程序 時(shí), 首先需要了解數(shù)據(jù)包的格式, 長(zhǎng)度, 以及每個(gè)字 節(jié)所代表的意義。其次, 打開(kāi)串口/ dev/ tt y S3 并設(shè) 置屬性: 波特率為 57600, 8 個(gè)數(shù)據(jù)位, 1 個(gè)停止位, 無(wú)校驗(yàn)。最后, 調(diào)用 r ead( ) 函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與 存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)包讀取完成后, 調(diào)用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)將 這些原始數(shù)據(jù)解析為用戶可知的信息, 例如溫度、 光 強(qiáng)、 電池電壓值等存儲(chǔ)在發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)。 2. 2 網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信 網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信主要 是指將 WSNs 的 數(shù)據(jù)完成轉(zhuǎn)換后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程, 可以靈活選擇以 太網(wǎng)、 MODEM 以及 GPRS 通信方式。本文針對(duì)每 種方式開(kāi)發(fā)了獨(dú)立的通信軟件。 2. 2. 1 以太網(wǎng)通信方式設(shè)計(jì) 利用 socket 機(jī)制設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信軟件, 考慮到 對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?可靠性 要求 較高, 采用 面向 連接 的 T CP 客戶機(jī)- 服務(wù)器模型。 在服務(wù)器端: 網(wǎng)關(guān)調(diào)用 socket ( ) 函數(shù), 建立一個(gè) socket ( 套接字) , 指定 T CP 及相關(guān)協(xié)議; 之 后將本 地創(chuàng)建的 socket 地址( 包括主 機(jī)地址和端口號(hào)) 與 所創(chuàng)建的套接字綁定; 在該端口號(hào)上進(jìn)行監(jiān)聽(tīng), 調(diào)用 accept( ) 函數(shù)接受遠(yuǎn) 程 PC 發(fā) 來(lái)的連接 請(qǐng)求; 通 過(guò)

圖 4 M O DEM 監(jiān)聽(tīng)流程

考慮到 WSNs 網(wǎng)關(guān)是不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)的, 每次通信 結(jié)束( 或線路中斷) 后, 要求 M ODEM 具有自主復(fù)位 功能, 因此在軟件設(shè)計(jì)過(guò) 程中, M ODEM 掛機(jī)操作 ( AT H 0) 之 后, 由程 序發(fā) 送 AT Z 命 令, 人 為 控制 M ODEM 復(fù)位, 恢復(fù)到初始加電狀態(tài)待命。 打開(kāi)用于 M ODEM 通信的串口( / dev/ t t yS1) , 進(jìn)行波特率、 數(shù)據(jù)位、 校驗(yàn)方式等屬性設(shè)置, 接著在 網(wǎng)關(guān)上監(jiān)聽(tīng)串口是否有 M ODEM 的 CONNECT 響 應(yīng), 如果沒(méi)有, 則繼續(xù)監(jiān)聽(tīng); 如果監(jiān)聽(tīng)到 CONNECT 響應(yīng), 說(shuō)明遠(yuǎn)程 PC 有 M ODEM 連接請(qǐng)求, 并且已 經(jīng)建立連接, 可以發(fā)送數(shù)據(jù)。每發(fā)送一次數(shù)據(jù), 則檢 查是否有 MODEM 響應(yīng)返回, 若有響應(yīng)返回, 判斷 是否為 NO CARRIER! 信號(hào), 如 果是, 說(shuō) 明 M O DEM 通信斷線或者是遠(yuǎn)程 PC 掛機(jī), 則停止發(fā)送數(shù) 據(jù), 繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。 2. 2. 3 GPRS 通信方式設(shè)計(jì) 在網(wǎng)關(guān)的 GPRS 通信方式設(shè)計(jì)中, 利用 SIM

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COM 公司生產(chǎn)的 SIM 100 模塊實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通 信網(wǎng)絡(luò) 的接入。SIM 100 是一款 GSM / GPRS 雙頻模塊, 主 要為語(yǔ)音傳輸、 短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無(wú)線接口, 它 集成了完整的 射頻電路和 GSM 的基帶處理器, 適 合于開(kāi)發(fā)一些 GSM / GPRS 的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品, 應(yīng)用 范圍十分廣泛。 SIM100 模塊提供標(biāo)準(zhǔn) 的 RS232 串行接口, 可 以通過(guò)串口使用 AT 指令 完成對(duì)模塊的操 作。由 于在實(shí) 際應(yīng) 用 中, 網(wǎng) 關(guān)并 不 需要 語(yǔ) 音、 真 等功 傳 能, 故在設(shè)計(jì)電路時(shí)將其略去, 節(jié)省成本與硬件空 間。網(wǎng) 關(guān) 使 用串 口 dev/ tt yS2 與 SIM100 模塊 通 信, 同樣利用如前所述的 Clinux 串口編程來(lái)設(shè)計(jì) 短消息發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸程 序。程序 設(shè)計(jì)流程如圖 5、 所示: 6

網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)通信線程是應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)和關(guān)鍵, 也是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源, 故將其設(shè)計(jì)為主 線程, 在初始化之后第一個(gè)調(diào)用, 其他線程的開(kāi)發(fā)都 有賴于本線程的實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)通信線程、 MODEM 通信線程、 GPRS 通信線程以及短消息發(fā)送線程的 設(shè)計(jì)主要是添加對(duì)應(yīng)的通信軟件。在 Linux 下進(jìn)行 多線程編程時(shí)充分利用了互斥機(jī)制, 為了避免不同 的線程同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作, 提供了互斥鎖來(lái)保證 一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)線程在執(zhí)行某段代碼, 避免程 序運(yùn)行出現(xiàn)異常。 在應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中, 考慮到匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù) 據(jù)的讀取、 存儲(chǔ)以及利用多通信方式轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中 必然涉及到多任務(wù)的互斥和同步, 利用多線程機(jī)制 來(lái)處理此類情況簡(jiǎn)單易行, 不僅改善了程序的結(jié)構(gòu), 還提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

4

結(jié)語(yǔ)
本文在現(xiàn)有 WSNs 網(wǎng)關(guān) 的通信方式上 進(jìn)行擴(kuò)

充, 將有線與無(wú)線方式相結(jié)合, 設(shè)計(jì)了一種 具有匯 聚節(jié)點(diǎn)功能的多通信方式 WSNs 網(wǎng)關(guān)。在實(shí)際應(yīng) 用中, 成功實(shí) 現(xiàn)了無(wú) 線傳感 器網(wǎng)絡(luò) 與外 部網(wǎng)絡(luò) 的 互聯(lián), 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可 靠。網(wǎng)關(guān)具 有體積小、 成本 低、 運(yùn)行效率 高等優(yōu) 點(diǎn), 同時(shí), 還為 其他 通信方 式 的擴(kuò)展預(yù)留了接口, 體 現(xiàn)了設(shè)計(jì)的靈活性。例如, 網(wǎng)關(guān)還可 以接入 CDM A 模塊利 用 CDM A 網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)
圖5 短消息功能流程 圖6 數(shù)據(jù)傳輸功能流程

行無(wú)線數(shù) 據(jù)傳輸。隨著 3G 時(shí) 代的到來(lái) 以及 工業(yè) 級(jí) 3G 模塊產(chǎn)品的推出, 實(shí)現(xiàn) WSN s 與 3G 網(wǎng)絡(luò)的 互聯(lián)也指日可待。 參考文獻(xiàn):
[ 1] [ 2] [ 3] 李建中, 李金寶, 石勝飛. 傳 感器網(wǎng)絡(luò) 及其數(shù)據(jù) 管理的概 念、 問(wèn)題與進(jìn)展[ J] . 軟件學(xué)報(bào), 2003, 14( 10) : 1717 1727. 霍宏偉, 牛延超, 郜帥 等. 一種 IPv6 無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)以太 網(wǎng) 接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[ J] . 傳感技術(shù)學(xué)報(bào), 2007, 20( 2) : 398 403. 段渭軍, 何戟, 張倩. 無(wú)線 傳感器網(wǎng) 絡(luò)移動(dòng) S ink 網(wǎng) 關(guān)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[ J] . 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2007, 24( 3) : 241 243. [ 4] Werner A l len G , Johnson J, Ru iz M , etc al. M onit oring V ol canic Erupt ions w it h a W irel ess S ens or N etw ork [ C ] / / Pro ceedings of t he Second Eur op ean Work shop on Wireless S ens or N et w orks , Ist anbul, T urkey, 2005, 1: 108 120. [ 5] [ 6] [ 7] 匡興紅, 邵惠鶴. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)研究[ J ] . 計(jì)算機(jī)工 程, 2007, 33( 6) : 228 230. 歐杰峰, 劉興華. 基于 CDM A 模 塊的無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 的 實(shí)現(xiàn)[ J] . 計(jì)算機(jī)工程, 2007, 33( 1) : 115 116. 郭玉輝, 王彥瑜, 喬衛(wèi)民. 并行設(shè)備總線嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [ J] . 計(jì)算機(jī)工程, 2007, 33( 2) : 223 224.

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應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
在進(jìn)行網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件總體設(shè)計(jì)時(shí), 為了提高系

統(tǒng)的運(yùn)行效率, 利用 Clinux 對(duì)多線程機(jī)制的支持, 將網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用軟件劃分為 5 個(gè)并行的線程實(shí)現(xiàn)。分 別為: 網(wǎng)關(guān)- 匯聚節(jié)點(diǎn)通信線程、 以太網(wǎng)通信線程、 MODEM 通信線程、 RS 通信線程、 GP 短消息發(fā)送線 程。應(yīng)用軟件在 L inux 下使用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā), 總體設(shè) 計(jì)框架如圖 7 所示:

圖 7 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)框架

第1期
蔡

蔡

皓, 馮仁劍等: 具有多種通信方式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)

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皓( 1983 ) , 男, 北京 郵電 大學(xué) 碩士

萬(wàn)江文( 1963 ) , 男, 北 京航 空航 天大 學(xué) 教 授, 博士 生導(dǎo) 師, 北京 郵電 大學(xué) 兼 職 教授, 研究 方 向?yàn)?傳感 技 術(shù)及 其系 統(tǒng), jww an@ buaa. edu. cn

研究生, 研究方向 為傳感 系統(tǒng)與網(wǎng) 絡(luò)儀 器, senso ry @ buaa. edu. cn;

馮仁劍( 1976 ) , 男, 北京 航空 航天 大學(xué) 副教授, 博士, 碩士生 導(dǎo)師, 研究方 向?yàn)?傳感技術(shù)及其系統(tǒng);



  本文關(guān)鍵詞：具有多種通信方式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。