專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是指由大量無處不在的，具有通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點密集分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)而構(gòu)成的根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的自治測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分簇匯聚的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種能量高效的組網(wǎng)方式，它通過數(shù)據(jù)的簇內(nèi)匯聚和簇間轉(zhuǎn)發(fā)機制，有效減少了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)通信過程中節(jié)點的總能耗。如圖I所示，基于分簇匯聚的傳感網(wǎng)絡(luò)通常由若干個簇頭骨干節(jié)點和大量傳感器普 通節(jié)點構(gòu)成。簇頭作為一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件裝置，它承擔(dān)著與底層傳感器節(jié)點和上層網(wǎng)關(guān)進(jìn)行無線通信的雙重任務(wù)一方面收集簇內(nèi)底層各線傳感器節(jié)點現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，并將其通過無線網(wǎng)絡(luò)接口上傳給網(wǎng)關(guān)；另一方面接收上層遠(yuǎn)端計算機通過網(wǎng)關(guān)發(fā)布的控制指令，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下層的簇內(nèi)傳感器節(jié)點。然而，目前現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件裝置，通常只能完成數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)，并不具備同步配置的功能。如何設(shè)計出一種新型高性能的中間件裝置，對分簇式無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行同步配置，將有利于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)分簇式無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行同步配置，而且成本不高，能耗較低，能夠被大量部署。該方案是這樣實現(xiàn)的—種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置，該中間件裝置應(yīng)用于簇型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，該中間件裝置包括微處理器、GPS模塊、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊和電源模塊；GPS模塊、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊均與微處理器相連，電源模塊分別與微處理器、GPS模塊、Zigbee模塊和Wi-Fi模塊相連；其中，Zigbee模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的下層傳感器節(jié)點，用于實現(xiàn)本中間件裝置與下層傳感器節(jié)點之間的無線通信；Wi-Fi模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的上層網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)本中間件裝置與上層網(wǎng)關(guān)之間的無線通信；GPS模塊，采用授時型GPS模塊，用于實時接收精準(zhǔn)的GPS秒脈沖信號，產(chǎn)生精準(zhǔn)的秒脈沖觸發(fā)信號，輸出給微處理器；微處理器，用于將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為本中間件裝置的時鐘基準(zhǔn)，對內(nèi)部時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；通過Zigbee模塊對簇內(nèi)傳感器節(jié)點進(jìn)行同步和訪問，通過Wi-Fi模塊與上層網(wǎng)關(guān)通信；電源模塊，用于為微處理器、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊、GPS模塊提供直流電源。[0013]較佳地，所述微處理器包括第一同步單元、時鐘單元、上層通信單元、下層通信單元、下層同步單元；第一同步單元將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為時鐘基準(zhǔn)，對時鐘單元進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)；時鐘單元為上層通信單元、下層通信單元、下層同步單元提供同步后時鐘，作為其工作時鐘基準(zhǔn)；上層通信單元連接Wi-Fi模塊，占用所在中間件裝置被分配到的時間段通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信；下層通信單元連接Zigbee模塊，采用輪詢的方式通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)訪問簇內(nèi)的各個傳感器節(jié)點；下層同步單元連接Zigbee模塊，具體包括第一同步模塊和第二同步模塊；第一同步模塊周期性向傳感器節(jié)點發(fā)出一個同步信息Sync，并接收Zigbee模塊測量出發(fā)送準(zhǔn)確時間TMl，其中，所述發(fā)送準(zhǔn)確時間TMl是Zigbee模塊將待發(fā)送數(shù)據(jù)從MAC層到達(dá)物理層的時間記錄下來作為發(fā)送準(zhǔn)確時間的；并且，第一同步模塊在每個Sync信息發(fā)出后發(fā)出一個接續(xù)信息FolloW_Up，該FolloW_Up信息記載了 Sync信息的發(fā)送準(zhǔn)確時間TMl ；第二同步模塊,在接收到來自傳感器節(jié)點的延遲請求信息包Delay_Req后,在延遲響應(yīng)信息包內(nèi)記錄Delay_Req的接收準(zhǔn)確時間TM3,并反饋給傳感器節(jié)點；其中，所述接收準(zhǔn)確時間TM3是Zigbee模塊將所接收數(shù)據(jù)從物理層到達(dá)MAC層的時間記錄下來作為接收準(zhǔn)確時間的。較佳地，微處理器采用16位的低功耗單片機，單片機通過SPI接口與GPS模塊相連，通過兩個UART接口分別與Zigbee模塊、Wi-Fi模塊相連，GPS模塊內(nèi)部設(shè)有秒脈沖信號輸出端，該輸出端與微處理器的I/O端口相連，為微處理器提供精準(zhǔn)的時鐘觸發(fā)信號。有益效果本實用新型在中間件裝置中設(shè)置了 GPS授時功能和傳感器同步功能，采用GPS授時對網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置即簇頭進(jìn)行同步，可以得到30ns的時鐘精度，然后再由簇頭對本簇內(nèi)的傳感器節(jié)點進(jìn)行同步，從而在少量設(shè)置GPS模塊的情況下，完成了整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步，與全網(wǎng)布置GPS模塊的方案相比，大大降低了成本。其次，本裝置繼承了 Zigbee、Wi_Fi兩種通用的無線接口，可進(jìn)行Zigbee接口無線傳感器組網(wǎng)，并可通過Wi-Fi無線接口與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制。其好處在于，Wi-Fi適用于大數(shù)據(jù)量傳輸，Zigbee適用于間斷工作，每次數(shù)據(jù)量少，功耗小，簇頭節(jié)點下層有多個節(jié)點輪詢工作，工作時間短，適合采用Zigbee，而所有傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)均通過一個網(wǎng)關(guān)與上位機互通，傳輸數(shù)據(jù)量大，網(wǎng)關(guān)是瓶頸，因此適合采用Wi-Fi?？梢?，采用兩種無線接口的中間件裝置能夠減小整個網(wǎng)絡(luò)的功耗。此外，本實用新型在微處理器中設(shè)計了時鐘偏移+路徑延遲的二階段同步方案，能夠?qū)崿F(xiàn)所有傳感器節(jié)點的精確同步，而且本實用新型通過捕捉數(shù)據(jù)在物理層和MAC層之間的傳遞時間獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送和接收時間，從而為精確同步提供了有利的基礎(chǔ)。

圖I是本實用新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖2是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中中間件裝置即簇頭節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是時鐘偏移測量示意圖。圖4是時鐘延遲測量示意圖。圖5為圖2中微處理器的功能模塊劃分示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。本實用新型設(shè)計了一種具有兩種無線接口、支持GPS授時、能夠同步本簇中各傳感器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件。該中間件裝置作為簇頭節(jié)點應(yīng)用于簇型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，如圖I所示，整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量的傳感器節(jié)點、若干個簇頭節(jié)點(中間件裝置)、一個網(wǎng)關(guān)以及上位機組成，上位機通過網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)相連，各中間件裝置通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與上層的網(wǎng)關(guān)互連，每個中間件裝置作為簇頭通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)與下層的傳感器節(jié)點互聯(lián)。 參見圖2，中間件裝置包括微處理器、GPS模塊、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊和電源模塊。微處理器可以采用一個16位的低功耗單片機，單片機擁有多個常用外設(shè)接口，例如UART接口、串行外設(shè)接口 SPI、I2C接口等。微處理器通過SPI接口與GPS模塊相連、通過兩個UART接口分別與Zigbee模塊、Wi-Fi模塊相連。GPS模塊內(nèi)部設(shè)有秒脈沖信號輸出端，該輸出端與微處理器的I/O端口相連，為微處理器提供精準(zhǔn)的時鐘觸發(fā)信號。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本實用新型中的簇頭節(jié)點與上層和下層的通信方式采用不同的無線網(wǎng)絡(luò)，與下層的傳感器節(jié)點通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，與上層的網(wǎng)關(guān)通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。這是因此，Wi-Fi適用于大數(shù)據(jù)量傳輸，Zigbee適用于間斷工作，每次數(shù)據(jù)量少，功耗小，簇頭節(jié)點下層有多個節(jié)點輪詢工作，工作時間短，適合采用Zigbee，而所有傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)均通過一個網(wǎng)關(guān)與上位機互通，傳輸數(shù)據(jù)量大，網(wǎng)關(guān)是瓶頸，因此適合采用Wi-Fi。本實用新型是考慮到這種簇型無線傳感器的特點，在通信協(xié)議選用上進(jìn)行了特殊設(shè)計。下面針對每個模塊的功能進(jìn)行描述。Zigbee模塊，用于實現(xiàn)所在中間件裝置與下層傳感器節(jié)點之間的無線通信，一方面接收傳感器節(jié)點現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，另一方面轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)端上位機發(fā)布的控制指令給下層的傳感器節(jié)點。Wi-Fi模塊，用于實現(xiàn)所在中間件裝置與上層網(wǎng)關(guān)之間的無線通信，一方面接收上位機對下層傳感器節(jié)點發(fā)布的控制指令，另一方面轉(zhuǎn)發(fā)本簇頭節(jié)點收集到的傳感器節(jié)點采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。GPS模塊，采用授時型GPS模塊，用于實時接收精準(zhǔn)的GPS秒脈沖信號，產(chǎn)生精準(zhǔn)的秒脈沖觸發(fā)信號，通過秒脈沖信號輸出端輸出給微處理器。微處理器，用于實現(xiàn)傳感器節(jié)點現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)端上位機發(fā)布的控制指令的收發(fā)控制。(I)將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為時鐘基準(zhǔn)，對內(nèi)部時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，從而實現(xiàn)各個簇頭節(jié)點的時鐘同步，保證整個無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部每個簇頭節(jié)點的時鐘保持一致。(2)通過Zigbee模塊與簇內(nèi)傳感器節(jié)點實現(xiàn)互聯(lián)，按照順序依次與每個傳感器節(jié)點進(jìn)行通信，完成對傳感器節(jié)點的同步，且采用輪詢的方式與簇內(nèi)的各個傳感器節(jié)點進(jìn)行訪問，完成數(shù)據(jù)交換。(3)微處理器通過Wi-Fi模塊與上層網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，為了避免網(wǎng)絡(luò)擁堵，將秒脈沖均勻劃分為若干個時間段，微處理器占用所在中間件裝置被分配到的時間段與上層網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。電源模塊，用于為微處理器、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊、GPS模塊提供直流電源。本實用新型的工作原理及步驟如下首先將各個傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點以及網(wǎng)關(guān)布設(shè)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的指定區(qū)域內(nèi)，一切準(zhǔn)備就緒后開始上電。I)上位機通過以太網(wǎng)發(fā)布控制指令，網(wǎng)關(guān)將該 控制指令通過Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給各簇頭節(jié)點；2)各簇頭節(jié)點接收到控制指令后，啟動各自內(nèi)置的授時型GPS模塊實時接收GPS信號，輸出精準(zhǔn)的秒脈沖觸發(fā)信號，并將該秒脈沖觸發(fā)信號輸送給微處理器。微處理器將該秒脈沖觸發(fā)信號作為時鐘基準(zhǔn)，對簇頭節(jié)點內(nèi)部的時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，進(jìn)而實現(xiàn)各個簇頭節(jié)點的時鐘同步，保證整個無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部每個簇頭節(jié)點的時鐘保持一致。3)每個簇頭節(jié)點通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)與傳感器節(jié)點實現(xiàn)互聯(lián)，按照順序依次與簇內(nèi)的每一個傳感器節(jié)點進(jìn)行通信，按照如下方法對每個傳感器節(jié)點的本地時鐘進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)，消除時鐘偏移和路徑時延。在同步過程中，簇頭節(jié)點作為主時鐘，傳感器節(jié)點為從時鐘。時鐘同步配置方法的實現(xiàn)過程可分為兩個階段計算時鐘偏移(Offset)階段和計算路徑延遲(Delay)階段。Offset是簇頭節(jié)點與傳感器節(jié)點之間的當(dāng)前時鐘偏移，由于受到網(wǎng)絡(luò)延遲，尤其是數(shù)據(jù)報文的遞交延遲的影響，一次傳送同步報文計算的時鐘偏移并不準(zhǔn)確，還需計算路徑延遲加以修正，而Delay就是簇頭節(jié)點與傳感器節(jié)點之間的當(dāng)前傳輸延遲時間，在第一次時鐘同步之前令Delay = O。首先為兩個階段定義變量Offset和Delay，這兩個變量在同步過程中不斷被更新。并且，為了精確地獲取數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時間，簇頭節(jié)點和傳感器節(jié)點均在發(fā)送數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)從MAC層到達(dá)物理層的時間記錄下來作為精確地發(fā)送時間，在接收數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)從物理層到達(dá)MAC層的時間記錄下來作為精確地接收時間。精確數(shù)據(jù)收發(fā)時間的記錄在簇頭節(jié)點中由Zigbee模塊承擔(dān)。第一階段偏移測量偏移測量階段用來修正簇頭節(jié)點的主時鐘和傳感器節(jié)點的從時鐘的時間差。在這個偏移修正過程中，簇頭節(jié)點周期性發(fā)出一個同步信息(簡稱Sync信息)，一般為每兩秒一次。如圖3所示，假設(shè)同步之前主時鐘的時間為Tm = 1050s，而從屬時鐘的時間為Ts =IOOOs0簇頭節(jié)點測量出發(fā)送的準(zhǔn)確時間TM1，而傳感器節(jié)點測量出接收的準(zhǔn)確時間TS1。簇頭節(jié)點在Sync信息發(fā)出后發(fā)出一個FolloW_Up信息，該信息加了一個時間印章，準(zhǔn)確地記載了 Sync信息的真實發(fā)出時間TMl。這樣，從屬時鐘使用FolloW_Up信息中的真實發(fā)出時間和接收方的真實接收時間，可以計算出從屬時鐘與主時鐘之間的偏移(Offset)Offset = TSl-TMl-Delay = 1002-1051-0 = -49這里要說明的是，上式中的Delay指的是主時鐘與從屬時鐘之間的傳輸延遲時間，它在本階段是一個未知數(shù)，暫且視為Os，將在下面的延遲測量階段測出。傳感器節(jié)點根據(jù)偏移測量階段計算得到的Offset更新本地從時鐘，將從時鐘修正為Ts = Ts-Offset = 1003-(-49) = 1052。本第一階段可以執(zhí)行多次。[0053]如圖3可以看出，經(jīng)過第一階段Offset的測量和Ts的更新，主從時鐘已經(jīng)同步，簇頭發(fā)送下一個Sync信息的時間為TM2 = 1053，設(shè)傳感器節(jié)點接收時間TS2 = 1053，Offset = TS2-TM2-Delay = 1053-1053-0，可見主從之間時鐘本身的偏移已經(jīng)克服。第二階段延遲測量延遲測量(delay measurement)階段用來測量網(wǎng)絡(luò)傳輸造成的延遲時間。為了測量網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時，定義了一個延遲請求信息包(Delay Request Packet),簡稱Delay_Req0如圖4所示,傳感器節(jié)點在收到Sync信息后在TS3 = 1080時刻發(fā)出延遲請求信息包 Delay_Req,簇頭收到 Delay_Req 后在延遲響應(yīng)信息包(Delay Request Packet, Delay_Resp)記錄出準(zhǔn)確的接收時間TM3，并發(fā)送給傳感器節(jié)點，因此傳感器節(jié)點就可以非常準(zhǔn)確地計算出網(wǎng)絡(luò)延時設(shè)，主到從的網(wǎng)絡(luò)延時為Delayl，從到主的網(wǎng)絡(luò)延時為Delay2 ； 因為TS2-TM2 = Delayl+OffsetTM3-TS3 = Delay2-0ffset則Delay1+Delay2 = (TS2-TM2) + (TM3-TS3)因為網(wǎng)絡(luò)延遲時間是對稱相等的，所以Delay = (Delayl+delay2)/2 = [(TS2-TM2)-(TS3-TM3)]/2 ;由于 TS2 = TM2，則 Delay = (TM3-TS3) /2 ；那么，傳感器節(jié)點更新傳輸延遲時間Delay = (1082-1080) ]/2 = I0此時，由于TM和TS已經(jīng)相同，因此傳感器節(jié)點可以采用如下簡化后的公式更新當(dāng)前時鐘偏移Offset = -Delay = -I ；接著,傳感器節(jié)點更新本地時鐘Ts :Ts = Ts-Offset = 1084- (-1) = 1085。當(dāng)然，如果仍采用Offset = TS-TM-Delay的公式更新Offset,那么需要簇頭節(jié)點與傳感器節(jié)點之間再進(jìn)行一次Sync和Follow_Up的交互,簇頭節(jié)點發(fā)送Sync準(zhǔn)確時間為TS4 = 1083，傳感器節(jié)點接收Follow_Up準(zhǔn)確時間為TM4 = 1083 ；然后，傳感器節(jié)點再次更新當(dāng)前時鐘偏移Offset = TS4-TM4-Delay = 1083-1083-1 = -I ；接著,傳感器節(jié)點更新本地時鐘Ts :Ts = Ts-Offset = 1084- (-1) = 1085?？梢姡陆Y(jié)果是相同的。與偏移測量階段不同的是，延遲測量階段的延遲請求信息包是隨機發(fā)出的，并沒有嚴(yán)格時間限制。需要說明的是，在這個測量過程中，假設(shè)傳輸介質(zhì)是對稱均勻的。最終，經(jīng)過同步信息的交換，消除了主從設(shè)備的時鐘偏移和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆窂窖舆t，最終實現(xiàn)了從屬時鐘與主時鐘的精確時間同步。此后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。進(jìn)入正常工作之前，也可以進(jìn)行多輪如步驟3)所述的同步。在此之后，可以進(jìn)行周期性的同步，實現(xiàn)簇內(nèi)各個傳感器節(jié)點的實時時鐘同步。[0078]那么，為了實現(xiàn)上述工作過程，如圖5所示，微處理單元可以被具體地功能劃分為如下模塊，包括第一同步單元、時鐘單元、上層通信單元、下層通信單元、下層同步單元。第一同步單元將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為時鐘基準(zhǔn)，對時鐘單元進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)。時鐘單元為上層通信單元、下層通信單元、下層同步單元提供同步后時鐘，作為其工作時鐘基準(zhǔn)。上層通信單元連接Wi-Fi模塊，占用所在中間件裝置被分配到的時間段通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。下層通信單元連接Zigbee模塊,采用輪詢的方式通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)與簇內(nèi)的各個傳感器節(jié)點進(jìn)行訪問，完成數(shù)據(jù)交換。下層同步單元連接Zigbee模塊,按照順序依次通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)對簇內(nèi)的每個傳 感器節(jié)點進(jìn)行同步。下層同步單元具體包括第一同步模塊和第二同步模塊，分別對應(yīng)同步過程的兩個階段偏移測量階段和延遲測量階段。第一同步模塊，周期性發(fā)出一個同步信息(簡稱Sync信息)，接收Zigbee模塊測量出的發(fā)送準(zhǔn)確時間TM1，其中，發(fā)送準(zhǔn)確時間TMl是Zigbee模塊將待發(fā)送數(shù)據(jù)從MAC層到達(dá)物理層的時間記錄下來作為發(fā)送準(zhǔn)確時間的；并且，第一同步模塊在每個Sync信息發(fā)出后發(fā)出一個Follow_Up信息,記載了 Sync信息的真實發(fā)出時間TMl。這樣,傳感器節(jié)點就可以使用Follow_UP信息中的真實發(fā)出時間和接收方的真實接收時間，可以計算出從屬時鐘與主時鐘之間的偏移Offset。第二同步模塊，在接收到來自傳感器節(jié)點的Delay_Req后在延遲響應(yīng)信息包記錄了 Delay_Req的準(zhǔn)確接收時間TM3,并反饋給傳感器節(jié)點，因此傳感器節(jié)點就可以非常準(zhǔn)確地計算出網(wǎng)絡(luò)延時。同樣，其中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收時間TM3是Zigbee模塊將所接收數(shù)據(jù)從物理層到達(dá)MAC層的時間記錄下來作為準(zhǔn)確接收時間的。通過實踐可知，本裝置的GPS授時可以得到30ns的時鐘精度，并可實現(xiàn)對本裝置通過無線接口連接的無線傳感器進(jìn)行2 us精度內(nèi)的同步修正，達(dá)到全網(wǎng)同步的目的。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置，該中間件裝置應(yīng)用于簇型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其特征在于，該中間件裝置包括微處理器、GPS模塊、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊和電源模塊；GPS模塊、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊均與微處理器相連，電源模塊分別與微處理器、GPS模塊、Zigbee模塊和Wi-Fi模塊相連；其中， Zigbee模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 的下層傳感器節(jié)點，用于實現(xiàn)本中間件裝置與下層傳感器節(jié)點之間的無線通信； Wi-Fi模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的上層網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)本中間件裝置與上層網(wǎng)關(guān)之間的無線通信； GPS模塊，采用授時型GPS模塊，用于實時接收精準(zhǔn)的GPS秒脈沖信號，產(chǎn)生精準(zhǔn)的秒脈沖觸發(fā)信號，輸出給微處理器； 微處理器，用于將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為本中間件裝置的時鐘基準(zhǔn)，對內(nèi)部時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；通過Zigbee模塊對簇內(nèi)傳感器節(jié)點進(jìn)行同步和訪問，通過Wi-Fi模塊與上層網(wǎng)關(guān)通信； 電源模塊，用于為微處理器、Zigbee模塊、Wi-Fi模塊、GPS模塊提供直流電源。
2.如權(quán)利要求I所述的中間件裝置，其特征在于，微處理器采用16位的低功耗單片機，單片機通過串行外設(shè)接口 SPI與GPS模塊相連，通過兩個UART接口分別與Zigbee模塊、Wi-Fi模塊相連，GPS模塊內(nèi)部設(shè)有秒脈沖信號輸出端，該輸出端與微處理器的I/O端口相連，為微處理器提供精準(zhǔn)的時鐘觸發(fā)信號。
專利摘要本實用新型公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的中間件裝置，其中，Zigbee模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的下層傳感器節(jié)點，用于實現(xiàn)本中間件裝置與下層傳感器節(jié)點之間的無線通信；Wi-Fi模塊，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的上層網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)本中間件裝置與上層網(wǎng)關(guān)之間的無線通信；GPS模塊，采用授時型GPS模塊，用于實時接收精準(zhǔn)的GPS秒脈沖信號，產(chǎn)生精準(zhǔn)的秒脈沖觸發(fā)信號，輸出給微處理器；微處理器，用于將來自GPS模塊的秒脈沖觸發(fā)信號作為本中間件裝置的時鐘基準(zhǔn)，對內(nèi)部時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；通過Zigbee模塊對簇內(nèi)傳感器節(jié)點進(jìn)行同步和訪問，通過Wi-Fi模塊與上層網(wǎng)關(guān)通信；電源模塊用于供電。使用本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)分簇式無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行同步配置。
文檔編號H04W84/18GK202514075SQ20112049335
公開日2012年10月31日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者周慶飛, 周志波, 安佰岳, 王石記 申請人:北京航天測控技術(shù)有限公司