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一种基本IEEE802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了IEEE802.15.4协议的特点、构件及体系结构、发展前景,分析了IEEE1451智能传感器模型,提出了一种基于IEEE802.15.4协议的无线智能传感器网络结构设计,并探讨了其实现。
  关键词:IEEE802.15.4IEEE1451智能传感器网络
  
  近年来,随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用,人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合,提供了无线网络化传感器的概念。它不仅可以应用于Internet接入互连,还适用于有线接入方式所不能胜任的场合,以提供优质的数据传输服务。例如,在工厂巨大的设备间、低速长距离的通信要求和危险的工业环境。
  
  2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组,致力于定义一种从廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继续延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用,传感器网络是802.15.4标准的主要布场对象。将传感器与802.15.4设备组合,进行数据收集、处理和分析,即可决定是否需要或何时需要用户操作。满足802.15.4标准的无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell这些国际通信与工业控制界巨头们极力推崇。目前,IEEE1451工作组已考虑在其基础上实现无线智能传感器网络WSN(WirelessSensorNetworks)。本文探讨了基于IEEE802.15.4标准的无线智能传感器网络的实现。
  
  1基于IEEE802.15.4标准的智能传感器模型
  
  1.1IEEE1451智能传感器模型
  
  智能传感器建立了一个标准化的传感器网络协议。它规定了传感器模块的电子数据表单,也定义了访问数据表单、读取传感器数据、设置参数的数字接口。IEEE1451的目的就是提供一个工业标准接口,有效地连接传感器和微控制器,并把传感器接入网络。
  
  IEEE1451模型主要由智能传感器接口模块STIM(SmartTransducerInterfaceModule)和网络应用处理器NCAP(NetworkCapableApplicationPorcessor)组成,中间通过传感器独立接口TII相连接。NCAP模块用来运行网络协议堆和应用硬件,与网络互联;STIM模块为智能变送器接口模块,其中包括变送器电子数据表单TEDS(TransducerElectronicDataSheet),一个STIM可以连接太量不同的传感器或执行器,在正常使用过程中传感器和STIM是不可分开的。变送器独立接TII(TransducerIndependenceInterface)主要定义二者之间点点连线、同步时钟的矩距离接口,使制造商可以把一个传感器应用到多种商网络中。另外,IEEE1451标准通过TEDS,使传感器模型具有即插即用的兼容性。原始数据转换为国际标准单位。其结构如图1所示。
  
  智能传感器接口模块是围绕传感元件建立起来的,包括传感器TEDS、控制、状态寄存器、中断屏蔽、寻址、功能译码逻辑、触发、触发应答功能,这些都是用于传感器独立接口的数字接口。传感器独立接口包括数据传输、时钟、触发、应答线。接口是串行外围接口,由两根串行数据输入输出组成。智能传感器接口模块通过传感器独立接口上电,这就意味着STIM可被热扫描,而不用释放对网络中其他传感器的操作。
  
  智能传感器模型包括自身带有的内部消息:制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量以及校准系数等。当电源加上STIM时,这些数据可以提供给NCAP及系统的其它部分。当NCAP读入STIM中TEDS数据时,NCAP可以知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道上变送器的数据格式(12位还是16位),并且知道所测量对象的物理单位,知道怎样将所得到的原始数据转换为国际标准单位。
  
  在与STIM通信的过程中,NCAP一直是主机,通信速率由NCAP设定,这会影响STIM中的采样速率,但是避免了释放数据以及对存储器的巨大需求。当STIM连接到NCAP时,NCAP从TEDS读取有关STIM的信息之后,读取STIM采样的数据。
  
  1.2IEEE145

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