無線傳感器網絡3G網關的設計與研制

摘要：網關負責無線傳感器網絡數據出口，是其重要組成部分。3G網絡的到來將為無線數據傳輸帶來新一輪的發展。設計了一款與WCDMA網絡相結合的無線傳感器網絡網關，采用以LPC2148 ARM7芯片為核心，與無線射頻芯片及華為EM770W模塊組成硬件系統；以μC／OS-Ⅱ作為實時操作系統，自主編寫合適的通信協議及路由算法，盡可能的使網關處于休眠狀態，并進行了相關實驗。試驗結果表明：本網關具有網絡傳輸速率快、低功耗、丟包率低等特點。
關鍵詞：無線傳感器網絡；網關；寬帶碼分多址；嵌入式

0 引言
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)的研究與開發是目前信息領域的一個熱點，國內外已有大量科技人員研究將無線傳感器網絡應用于各領域。而無線傳感器網關是無線傳感器網絡的重要組成部分，為滿足無線傳感器網絡數據傳感的周期性、同步性等特點，有必要研究適用于不同應用場合的無線傳感器網絡網關。
文獻提出了一種可以通過以太網、公共電話網以及GPRS網絡等多種方式進行數據轉發的無線傳感器網絡網關。網關基于ARM7系列S3C44B-OX微控制器和μClinux嵌入式操作系統，運用多線程技術控制各通信方式并行執行，但數據的實時傳輸速率有待提高。文獻設計并實現了一種基于CC2420芯片的網關，實現了與傳感器網絡的通信，并利用無線網卡模塊實現了網關設備與無線局域網的連接。該嵌入式網關設備由核心板、底板和通信模塊組成，通過USB 2．0接口加載無線網卡設備，選用WLAN作為網關與監控中心的空中接口。由于采用與無線局域網連接，網絡傳輸距離受到一定限制。文獻采用S3C2410，CS8900A組合設計了一款監測茶園空氣溫、濕度和土壤水分含量，由WSN網關通過有線以太網或GPRS對數據進行遠程傳輸，實現對茶園旱情的遠程監測。但該網關是在ARM實驗箱上實現的，且功耗較大。
本文在研究大量無線傳感器網絡技術文獻的基礎上，從提高數據的實時傳輸速率、降低網關功耗、盡可能延長網關的生命周期出發，使用新型3G網絡實現數據的遠程傳輸，保證數據傳輸的高速率與穩定性。通過合理設計穩定的硬件系統與具有實時性的軟件系統，達到了WSN網關數據實時轉換和遠距離穩定傳輸的設計目的。

1 硬件系統
根據WSN網關設計的要求，結合WCDMA網絡的特點。WSN網關由處理器模塊、無線通信模塊、3G通信模塊、數據備份模塊和電源模塊組成，如圖1所示。網關通過無線通信模塊接收節點傳輸的監測數據，通過格式轉換，由3G通信模塊發送給上位機控制中心，實現對數據的遠程監控。為了方便軟、硬件升級與調試，網關擴展了串口與SPI口。