第九章 物联网环境下的无线传感器网络接入技术.pptVIP

9.3.1 多网络融合网关硬件总体结构设计 1．多类型网络控制与接入模块 本模块将多类型网络接入装置，考虑底层硬件系统二次开发需求，为其他类型网络接入装置提供相应硬设备接口，便于网关设备的进一步开发。 2．异构网络协议转换模块 本模块是网关设备实现其接入功能的核心，将重点实现无线传感器网络与各种网络协议栈的对接与融合。 3．核心控制与处理模块 本模块主要实现对无线传感器网络任务的全局处理、数据融合与信息提取，还为多类型网络提供基础服务与管理功能，完成异构网络调度、网络资源管理、网络连接管理及自适应切换等功能，是整个网关节点的调度中心装置。 9.3.1 多网络融合网关硬件总体结构设计 4．IEEE 802.15.4无线通信模块 本模块的主要作用是从协议底层正确获取网络内各节点的多种类型下的传感数据信息，交由核心控制与处理模块进行处理，并最终传送至指定的接入网络。同时，由各类型网络下行而来的、经过协议与格式转换后的数据流、控制流、业务流等，也通过本模块发布至无线传感器网络的各个独立节点。 5．外部存储和能量供应模块 网关节点应该具备必要的存储能力，它的能量供应模块也应该为节点的各组成模块的功能提供能量支撑。 6．多类型网络协议栈存储模块 在开展网关节点设备研制过程中，必须充分考虑设备对各类型网络协议的支持与规范。构建拥有较强存储能力并可进行快速访问的存储模块，建立丰富的协议接入与访问接口，为其他类型的接入网络，保留协议栈存储空间及访问路径。 9.3.1 多网络融合网关硬件总体结构设计 7．基础服务与管理模块 本模块是无线传感器网关设备的中心调度模块，通过与协议转换模块和多类型网络控制与接入设备的协调，完成各类型接入网络与无线传感器网络的数据与业务接入与互联。本模块结构中主要包括如下部件。 ① 异构网络调度部件 ② 网络连接管理部件 ③ 网络资源管理部件 ④ 异构网络自适应连接部件 9.3.2 通信模块设计 1．无线通信芯片CC2420 本例中网关与WSN通信使用的是CC2420芯片。 CC2420是为低功率、低电压无线应用而设计的单片RF收发芯片。CC2420频率为2.4GHz，是在免授权的ISM（工业、科研和医疗）频带上进行无线通信的低成本、高集中的解决方案。 9.3.2 通信模块设计 2．芯片内部结构 3．CC2420典型设计 9.3.2 通信模块设计 对CC2420以及这些外围电路的PCB板布图时注意： ① 应尽量把所有这些器件布设在同一个相对集中的区域，并且应远离电源等噪声敏感源部分。 ② 相关电感、电容的摆放应尽量靠近CC2420的射频接入端，布线应短而直，同时也可以适当地增加布线宽度来减小线路上的信号衰减。必要时也可设计微带线来精确匹配50ohm的无线输入阻抗。 ③ 将芯片的模拟地和数字地分开设计，最终通过一个0ohm的电阻或磁珠使其只在一点相连。减小系统的干扰。 ④ 布设完线之后还要大范围地铺地敷铜，进一步减小高频干扰。 9.3.2 通信模块设计 4． 2.4GHz天线设计 倒置F型PCB天线 小尺寸PCB天线 外接高增益天线 三种天线设计方案 设计简单但所占面积大 增益大，占用空间大，降低用户可接收度 ① 占用面积更小 ②实现时，拐角较多，精度要求很高的高频通信领域，设计上增加一定的难度。 ③ 其增益可以达到很高。 特点 9.3.2 通信模块设计 5．接口电路及CC2420工作方式 引 脚 功 能 FIFOP 数字输出 FIFO 数字输入输出 CCA 空闲信道估计 SFD 帧开始分隔符 SI SPI数据输入（SCLK的上升沿采样） SO SPI数据输出（SCLK的下降沿采样） SCLK SPI接口时钟线 CSn SPI接口使能 SPI接口引脚 9.3.2 通信模块设计 CC2420 GATEWAY FIFO FIFOP CCA SFD CSn SI SO SCLK GIO0 Interrupt GIO1 Timer capture GIO2 MOSI MISO SCLK CC2420与网关的接口 9.3.2 通信模块设计 接收期间引脚状态图： 9.3.2 通信模块设计 发送期间引脚状态图： 9.3.2 通信模块设计 空闲信道评估信号（CCA）的产生是基于测量的RSSI值及可编程的门限。CCA函数用于实现CSMA-CA功能，它能设置为3种模式 ： 如果接收信号的能量低于门限则信道空闲。 如果没有接收到IEEE 802.15.4数据则信道空闲。 1和2则信道空闲。 9.3.2 通信模块设计 在对CC2420进行操作的过程中应注意： 寄存器操作对应的是两个字节