無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)可擴(kuò)展研究[圖]

摘要：為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)功能、添加硬件部件時(shí)可以在現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)上直接添加，而無(wú)需設(shè)計(jì)新的節(jié)點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布式體系結(jié)構(gòu)采用IEEE 1451．2標(biāo)準(zhǔn)中即插即用的構(gòu)造方法，并給出具體_的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方法，得到了硬件平臺(tái)可擴(kuò)展的結(jié)論。這樣的節(jié)點(diǎn)具有完全統(tǒng)一的外部接口和多智能體結(jié)構(gòu)，并且傳感器模塊能夠即插即用，可以在不同應(yīng)用環(huán)境中，選擇不同的組件自由配置系統(tǒng)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)內(nèi)的觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息，如光強(qiáng)等，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，然后以無(wú)線的方式發(fā)送出去，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者，在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居及工業(yè)生產(chǎn)控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由處理器單元、無(wú)線傳輸單元、傳感器單元和電源模塊單元4部分組成。具體應(yīng)用不同，傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也不盡相同。節(jié)點(diǎn)的功能不同，主要是節(jié)點(diǎn)韻傳感器單元在變化，傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)具有單一或較少的功能，為了感知更多的物理量，需要節(jié)點(diǎn)具有擴(kuò)展性，來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的功能，提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)借鑒了IEEE 1451．2標(biāo)準(zhǔn)的即插即用思想，使節(jié)點(diǎn)具有多智能體結(jié)構(gòu)，各智能體之間用標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)下多個(gè)傳感器模塊共存，使節(jié)點(diǎn)具有多種功能；或直接更換傳感器模塊，無(wú)需新的設(shè)計(jì)，具備所需要的功能。

1 即插即用思想

IEEE 1451．2標(biāo)準(zhǔn)定義了智能變送器接口模模塊STIM(Smart Transducer Interface Module)，說(shuō)明了它的硬件結(jié)構(gòu)；提出了電子數(shù)據(jù)表單TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)概念；定義了該類變送器的TEDS及其數(shù)據(jù)格式；定義了變送器與微處理器之間硬件獨(dú)立的十線數(shù)字接口TII(Transducer Intelligent Interface)及其針腳定義、通信協(xié)議。如圖1所示。

通過(guò)定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器接口模塊STIM、STIM和網(wǎng)絡(luò)適配器之間的接口TII來(lái)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)制定電子數(shù)據(jù)表格TEDS在軟件上使不同傳感器的即插即用成為可能，而接口間數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使得數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單化。IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的核心之一就是TEDS，它存儲(chǔ)于STIM的非易失性存儲(chǔ)器中，它是實(shí)現(xiàn)傳感器模塊即插即用的基礎(chǔ)。TEDS由若干字節(jié)組成，可以充分描述STIM和傳感器的類型、行為和性能屬性等，提供對(duì)傳感器及執(zhí)行器等模型的支持，具有自動(dòng)識(shí)別傳感器或執(zhí)行器的能力。當(dāng)STIM插入接口時(shí)，傳感器的所有信息可以隨時(shí)得到，從而實(shí)現(xiàn)即插即用。

IEEE 1451．2標(biāo)準(zhǔn)列出了8種不同的TEDS。為節(jié)省存儲(chǔ)空間，這里采用這兩種必須的和終端用戶說(shuō)明TEDS。Meta-TEDS包含STIM制造商ID、版本信息、產(chǎn)品描述等信息；Channel-TEDS包含每個(gè)通道對(duì)象的上下限、物理單位、啟動(dòng)時(shí)間等信息，每個(gè)通道的這些數(shù)據(jù)以重復(fù)的格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊中；End-Users Application Specific TEDS用來(lái)給最終用戶定義所需要的特殊的信息。采用面向?qū)ο蟮姆椒�，將TEDS設(shè)置為類的屬性，讀取和寫入信息設(shè)置為類的方法。

具體的Meta-TEDS，Channel-TEDS和End-UsersApplication Specific TEDS均為TEDS的派生類，可以根據(jù)自身的需要定義屬性和方法，用類的方法去讀取、修改相應(yīng)的屬性，以實(shí)現(xiàn)傳感器信息、通道信息等STIM相關(guān)信息的在線識(shí)別和配置。

2 分布式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理

一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。