作者：雷遠;熊建設;趙曉慧

無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）綜合了微機電技術、傳感器技術、嵌入式技術、網(wǎng)絡技術以及無線通信技術，能夠協(xié)作地實時感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種信息，并進行處理，再以無線方式傳送給用戶終端。無線傳感器網(wǎng)絡由大量體積小，成本低具有無線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理能力的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成。

1 Wi-Fi

Wi-Fi（Wireless Fidelity）是無線通信標準IEEE 802．11，它是一種無線局域網(wǎng)的標準。在有線局域網(wǎng)的基礎上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點（AP）、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設備使無線通信得以實現(xiàn)。 Wi-Fi工作在2．4 GHz的ISM頻段上，總數(shù)據(jù)傳輸速率為2 Mb／s。兩個設備之間可以自由直接地進行通信，也可以在基站或者訪問點的協(xié)調(diào)下進行通信。采用Wi-Fi的WSN，不僅能夠享受到成熟的Wi-Fi技術帶來的好處，還能在單節(jié)AA電池下維持數(shù)年的使用壽命。與ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡比較，Wi-Fi網(wǎng)絡則更成熟，在設備互操作上具備明顯優(yōu)勢，比 ZigBee有更長的通信距離、更快的通信速率?；贗P的聯(lián)網(wǎng)技術能夠非常方便地實現(xiàn)與已經(jīng)安裝在企業(yè)和家庭中的網(wǎng)絡進行無縫連接，而且還具有更好的安全性。

2 硬件設計

無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊構成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理和控制模塊是傳感器節(jié)點的核心，它主要實現(xiàn)設備控制、任務調(diào)度、資源管理、功耗管理等功能。GainSpan公司推出的Wi-Fi芯片 GS1010，將兩個ARM7 32位微處理器、384 KB閃存、224 KB SRAM，A／D，RTC和802．11無線芯片以及一整套豐富的外部I／O外設等全部設計在一只非常小的QFN封裝微型單芯片中。它可將無線傳感器網(wǎng)絡的處理器模塊和無線收發(fā)模塊集成在一起，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線化、微型化。高度集成的無線SoC設計，可減少系統(tǒng)成本，降低應用設計的復雜性，使設備功耗非常低。靈活配置的多個I／O接口，可以與多個傳感器相連接，系統(tǒng)設計更容易整合。

3 軟件設計

μC／OS- Ⅱ的前身是μC／OS，它是一種免費公開源代碼的實時操作系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。它包含了任務調(diào)度、任務管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務間的通信和同步等基本功能。這里的無線傳感器網(wǎng)絡的軟件設計包括：無線功能（802．11）、GS1010 APIs、電源優(yōu)化管理、網(wǎng)絡管理、系統(tǒng)管理和配置、I／O的服務和驅(qū)動程序、安全等，如圖2所示。

3．1 μC／OS-Ⅱ的移植

μC／OS-Ⅱ的文件系統(tǒng)結構包括核心代碼、設置代碼、與處理器相關的移植代碼，結構如圖3所示。其中，最上邊的軟件應用層是μC／OS-II上的代碼。核心代碼部分包括7個源代碼文件和1個頭文件。功能分別是內(nèi)核管理、事件管理、存儲管理、消息管理、任務調(diào)度和定時管理等。設置代碼部分包括2個頭文件，用來配置事件控制塊的數(shù)目以及是否包含消息管理等相關代碼。而與處理器相關的移植代碼部分則是進行移植過程中需要更改的部分，包括頭文件 OS_cpu．H，匯編文件OS_cpu_a．s和1個C代碼文件。將μc／OS-Ⅱ移植到處理器上，關鍵是以下三個與體系結構相關的文件：OS_cpu．H，OS_cpu．c，OS_cpu_a．s。

3．2 嵌入式Wi-Fi的軟件設計

圖4是嵌入式Wi-Fi的軟件結構。將通信的實現(xiàn)分為三個任務：分別是網(wǎng)絡任務（NET_MAINTASK）、數(shù)據(jù)包接收任務（ETH_REPOLL_TASK）和周期時鐘任務（PERIO_TASK）。這三個任務之間相互協(xié)調(diào)完成數(shù)據(jù)從鏈路層到應用層或應用層到鏈路層的傳遞。網(wǎng)絡任務優(yōu)先級在所有通信任務中優(yōu)先級最高，當它完成網(wǎng)絡各部分初始化工作后，就負責對新近接收到的數(shù)據(jù)進行處理并向應用層分發(fā)。剛開始它會掛起自己，當接收到數(shù)據(jù)包收發(fā)任務發(fā)送的信號后轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)。

NET_MAINTASK程序段如下：

4 結 語

這里，在分析無線傳感器網(wǎng)絡體系結構的基礎上，介紹以GS1010芯片為核心，基于Wi-Fi技術的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡的設計。目前，Wi-Fi應用在無線傳感器網(wǎng)絡的技術還不成熟，還需要以后的進一步學習和研究。

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