GSM調(diào)制解調(diào)器集成傳感器節(jié)點(diǎn)簡化無線數(shù)據(jù)采集

一個(gè)或多個(gè)傳感器獲得信號(hào)，系統(tǒng)發(fā)送和處理從傳感器獲得的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)交流彼此的數(shù)據(jù)或者集中到一點(diǎn)。

因此傳感器網(wǎng)絡(luò)可以歸類為一種數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器和處理實(shí)際信息的線路構(gòu)成，數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)涉及到通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑐魉秃吞幚頂?shù)據(jù)方法。使用的基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫切汀h(huán)形、總線型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br />
傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇取決于應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理類型和需求。改善PC與現(xiàn)實(shí)世界連接性的需求正蓄勢待發(fā)。用到了很多傳感器和激勵(lì)，整合可用數(shù)據(jù)將它們互聯(lián)正成為必然。

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量持續(xù)增加，有線連接有可能不能使用，因?yàn)橛行﹤鞲衅饕胖迷谄h(yuǎn)地區(qū)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本也在下降，感應(yīng)節(jié)點(diǎn)能到達(dá)的范圍也更寬了。低功率無線技術(shù)還有許多先進(jìn)性，它可以用來設(shè)計(jì)更有效的系統(tǒng)。

無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)相比還能提供更好的可擴(kuò)展性，無線網(wǎng)絡(luò)中加入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)更容易。傳感器網(wǎng)絡(luò)需要平衡傳感器節(jié)點(diǎn)的性能和壽命。無線節(jié)點(diǎn)可動(dòng)態(tài)配置來權(quán)衡，并且可以自動(dòng)操作進(jìn)行局部控制和電源管理。許多無線協(xié)議可以用作傳感器網(wǎng)絡(luò)，例如Zigbee、藍(lán)牙技術(shù)、GSM、Wi-Fi等。無線協(xié)議的選擇取決于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要。

低功耗能力

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只需要很少的維護(hù)，使用同一塊電池就可以工作好幾天，有時(shí)是幾個(gè)月。因此，低功率設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)世界的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是非?？量痰?，并且還有一個(gè)基本要求，傳感器節(jié)點(diǎn)處理和傳送傳感器數(shù)據(jù)時(shí)要有非常低的功耗。

傳感節(jié)點(diǎn)中的傳感器通常測量緩慢變化的模擬量，節(jié)點(diǎn)只需要激活很短的一段時(shí)間來傳輸數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入休眠。這就意味著傳感器節(jié)點(diǎn)必須有優(yōu)秀的待機(jī)電流。并且，大部分的數(shù)據(jù)傳輸是從傳感器節(jié)點(diǎn)到基站。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與通訊協(xié)議必須利用這種不對(duì)稱的傳感器節(jié)點(diǎn)到基站的傳感通訊。低功耗傳感器設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。具備低功率功能傳感器的微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)也是很關(guān)鍵的。傳感器節(jié)點(diǎn)可能工作在不同的、來源密集分布的節(jié)點(diǎn)環(huán)境中。傳感器節(jié)點(diǎn)也需要使用非常低的功率在噪聲環(huán)境中傳輸。

傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合

來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)必須在一個(gè)集中的地點(diǎn)匯集和處理。傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)處理可分為數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)傳輸由傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由的信息處理。這些信息也可能是從傳感器獲得的數(shù)據(jù)或來自其它傳感器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃惴ā?br />
數(shù)據(jù)采集算法在通信中數(shù)量特別大，從傳感節(jié)點(diǎn)開始到結(jié)束都在通訊。在這種情況下，需要權(quán)衡的是延遲和功耗。在直接傳輸情況下，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)直接將所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央網(wǎng)絡(luò)（在節(jié)點(diǎn)具備GSM能力的情況下）。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上面會(huì)跑一個(gè)操作系統(tǒng)。這使得擴(kuò)充增加更多的無線傳感器變得更容易。

傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)類似于嵌入式操作系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兪菫槟硞€(gè)應(yīng)用專門開發(fā)的，并不是通用的。而且，由于該系統(tǒng)有低功率和低成本的要求，所以不能用通用操作系統(tǒng)?？紤]到大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要實(shí)時(shí)能力，可以選擇較小的操作系統(tǒng)，如專為傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的TinyOS。

圖2顯示了一個(gè)典型的使用GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。這里所有的傳感器把其數(shù)據(jù)送到一個(gè)集中的服務(wù)器。服務(wù)器控制每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；然而，傳感器節(jié)點(diǎn)之間不能通訊。服務(wù)器必須干涉任何兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信。

圖2：傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型實(shí)現(xiàn)