網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的設(shè)計  

    網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件功能設(shè)計 

    在ITS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照功能不同，需要分別進行設(shè)計。終端節(jié)點、匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的軟件功能如圖3所示。終端節(jié)點安裝不同的傳感器用于運動車輛信息采集和道路信息獲取等。其功能實現(xiàn)可按照精簡功能設(shè)備(RFD，ReducedFunctionDevice)標準來實現(xiàn)。終端節(jié)點與匯聚節(jié)點按照星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，在固定時間點由睡眠狀態(tài)醒來與匯聚節(jié)點主動通訊。信息路由則交給父(匯聚)節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成，降低了節(jié)點功耗和軟件實現(xiàn)復(fù)雜度。匯聚節(jié)點是終端節(jié)點軟件功能上的擴展，實現(xiàn)了擴展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，允許更多重點節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)?？砂凑杖δ茉O(shè)備(FFD，F(xiàn)ullFunctionDevice)標準進行設(shè)計。 

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件功能 

    網(wǎng)關(guān)節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中所需要的協(xié)調(diào)器，負責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)成員地址、維護網(wǎng)絡(luò)、維護節(jié)點的綁定關(guān)系表等，還負責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)初步處理并交付交通信號控制器傳輸?shù)缴弦患壭畔⒅行?，需要較多存儲空間、計算及通訊能力。 

  網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件功能設(shè)計 

    現(xiàn)有較多的無線傳感網(wǎng)解決方案，包括各芯片產(chǎn)商推出的單片機外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節(jié)點設(shè)計中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產(chǎn)商推出了單芯片解決方案，如TICC2430延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器；Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x單芯片解決方案等。 

    ●基于Atmel的AT86RF230射頻芯片和AVR單片機設(shè)計方案 

    典型的終端節(jié)點和匯聚節(jié)點設(shè)計如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)低功耗ATMegal1281VMCU作為系統(tǒng)控制核心。采用512KB的AT45DB041D作為外部程序存儲器。射頻模塊使用Atmel的支持ZigBee協(xié)議的AT86RF230，RF功率達到3dBm，室外傳輸距離可達300米以上節(jié)點的擴展接口可連接模擬輸入、數(shù)字I/O、I2C、SPI和UART接口，這些擴展接口使其易于與傳感器及其它外設(shè)連接，例如外接光度、溫溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。 

傳感器節(jié)點設(shè)計 

  ●基于TI的CC2420芯片和ARM單片機設(shè)計方案 

    在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時，需要較強的數(shù)據(jù)處理能力，用以實現(xiàn)復(fù)雜路由協(xié)議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節(jié)點采用了MarvellPXA271高性能、低功耗處理器。該處理器使用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，頻率范圍13MHz~416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優(yōu)良的動態(tài)電源管理技術(shù)。此外，該處理器封裝內(nèi)集成三個芯片256KBSRAM，32MBFLASH以及32MBSDRAM，減小了體積。通過提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類的傳感器。該處理器還支持一個MMX協(xié)處理器，提高多媒體處理能力，可以用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的語音和圖像處理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射頻芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送功率-24～0dBm。有效通訊距離是30米，可以通過SMA接口外接天線來增加傳輸距離。 

Imote2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

    ●節(jié)點設(shè)計其他考慮 

    在智能交通系統(tǒng)專用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計時需要如下考慮： 

    ①節(jié)點低功耗設(shè)計。終端節(jié)點都是電池(可用太陽能蓄電池)供電。 

    ②節(jié)點成本要低廉。在進行大規(guī)模交通信息采集等部署時，節(jié)點成本將是項目關(guān)鍵。 

    ③節(jié)點的數(shù)據(jù)處理及存儲能力。一些節(jié)點需要進行高速信息采集并且運行識別算法，所以需要數(shù)據(jù)處理能力。還需要考慮在有限的空間之內(nèi)存儲程序、數(shù)據(jù)、以及支持代碼在線更新等功能。 

    ④此外，根據(jù)不同應(yīng)用場合的需要，無線傳感器節(jié)點要具有不同的傳感器接口，能外接不同的傳感器。 

    其中，能耗管理應(yīng)該作為重點考慮。特別是采用32位ARM處理器外接射頻芯片的解決方案，需要有效降低節(jié)點能耗，需要在系統(tǒng)級軟件上進一步改善能耗管理，例如優(yōu)化TinyOS或嵌入式Linux電源管理功能。 

    結(jié)語 

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用與研究得到更多關(guān)注。本文結(jié)合智能交通系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計等問題。隨著技術(shù)發(fā)展與成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在智能交通系統(tǒng)中更多關(guān)鍵性場合得到應(yīng)用，例如電子收費、交通安全與自動駕駛、停車管理、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)等，更進一步推動智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。