（机械制造及其自动化专业论文）基于蓝牙技术的无线测温网络系统研究.pdf

四川大学硕士学位论文基于蓝牙技术的无线测温网络系统研究机械制造及其自动化研究生秦玉芳指导教师黄劫无线传感器网络( w i r e l e s ss e n s o r n e t 、o r k ，w s n ) 集成了传感器技术，微机电系统技术，无线通信技术和分布式信息处理技术，是一种全新的目标跟踪监测技术。w s n 于1 9 7 8 年提出，最早应用于军事领域，由于传感器的多样性，逐渐应用到各个领域，成为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。蓝牙( b l u e t o o t h ) 是一种低功率短距离无线连接技术规范，爱立信公司于1 9 9 5年提出并得到了全球业界的鼎力支持和协助，蓝牙技术发展迅速并被广泛应用于各领域。将蓝牙和无线传感器网络集合到一起，将使两项技术的优势得到更充分的体现，极大地促进测控技术的发展。但迄今为止，基于蓝牙的无线传感器网络的研究尚处于起步阶段，所涉及到的诸多技术还不完全成熟。本文针对国家自然基金项目“基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制”需对一定区域内的环境温度进行连续、高精度监测的要求，展开了基于蓝牙技术的无线温度传感器网络系统的研究，包括系统总体结构设计、无线网络拓扑结构设计、无线网络多跳传输算法优化、无线测温节点设计以及数据处理平台设计等内容，主要可概括为以下几点：1 根据无线传感器网络的一般构建形式及本课题的要求，完成了系统总体结构设计。系统由无线测温网络和数据处理平台组成，其中无线测温网络由多个无线传感器节点组成，各节点测量温度值并传输给p c 机以备数据处理平台处理；数据处理平台由p c 机及无线测温网络与p c机的接口组成。2 根据系统要求的测温功能、无线传输功能和可移动性设计了无线温度传感器网络节点：每个节点上由测温系统、无线传输模块和自备电源四川大学硕士学位论文三部分组成，其中由单片机控制数字温度传感器d s l 6 2 4 完成高精度测温，单片机通过蓝牙模块实现测量数据无线传输。3 在无线网络拓扑结构设计中，以无线网络分布式、多跳传输及传输路径最优为基础，确定了无线网络拓扑为有中心自组织树型网络结构，确定与p c 机有线连接的节点为网络中心节点，软件控制其发起无线网络连接，汇聚无线网络中其余各节点的数据并发送给p c 机。4 根据无线网络拓扑结构的特点设计了具有普遍适应性的节点i d 格式，保证各节点在网络中具有唯一的i d ，并可据此i d 确定该节点在网络中的逻辑位置。论文进一步分析了该i d 格式的扩展性及可容纳节点数，并确定了本系统中节点i d 的具体构建方式。5 根据本课题确定的无线网络拓扑结构有中心自组织树型网络，设计了无线测温网络拓扑构建算法：无线网络连接由中心节点发起，并呈波浪式向外扩张，直到所有节点都建立连接。本文所述的蓝牙无线测温网络系统，在充分利用成熟技术的基础上设计了无线传感器网络的拓扑结构、i d 格式、的无线测温网络系统的若干技术问题，数据传输模式等，解决了构建基于蓝牙并通过实验对各节点及各功能模块进行集成和整合，实现了各模块连接、传输及功能的匹配。经实验验证，基于蓝牙的无线测温网络系统可以实现环境温度实时、连续监测，测量精度、速度及监测范围满足“基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制”项目的要求。关键词：温度测量无线传感器网络蓝牙网络拓扑结构构建算法一i i 四川大学硕士学位论文s t l i d y 蚰删懿st e m p e 豫t l l 聆s e n s o rn e 细o r ks y s t e mb a s e do nb l u e t o o t hm a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f - a c t l l r i n g 锄da u t o m a t i o np o s t g 豫d u a t e ：q i ny u 加l ga i i v i s o r ：h u a n gj i ew i r e le s ss e n s o fn e 觚o r k ( w 阶di san e wk i n do ft a r g e t - t r a c k i n gt e c h n o l o g y ，w h i c hi n t e g r a t e s1 0 t so ft e c h n o l o g i e ss u c ha ss e n s o r s ，m i c r oe l e c t r o m a c h 越c a ls v s t e m ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，d i s t r i b u t e di n f o m l a t i o nm a l l a g e m e n ta n ds oo n w s n 、a sp u tf o r w a r df o rm i l i t a r ya f f a i r si n1 9 7 8 ，a 1 1 dt h e ni tw a sa p p l i e di nk i n d so fo t h e rf i e l d sa n d 、v a st h ef i r s to ft h et e nn e wt e c h n o l o g i e sw h i c hw o u l df a 卜r e a c l l i n gi n n u e n c ep e o p l e sl i v e si nt h e 如t u r e t h eb 1 u e t o o t hi sak i n do f1 0 wp o w e ra n ds h o r td i s t a l l c ew i r e l e s sc o l l i l e c t i o nt e c h n o l o g ys p e c i f i c a t i o n i tw a sa c c e p t e d b yt h e6 e l do fc o m m u n i c a t i o ns o o na r e rt h ec o n c e p t i o nw a sp u tf o m w db ye r i c s s o ni n19 9 5 ，f o rt h es u p p o r ta 1 1 da s s i s t a n c e 行o mt h e9 1 0 b a lc o m m u n i c a t i o nf i l e d ，b 1 u e t o o t hd e v e l o p e df j 塔ta n dw a sa p p l i e di nk i n d so ff i e l d s t h ew s nc o m b i n e dw i t ht h eb l u e t o o t h 谢u向1 1 ym n gt h e i r sv i 咖e si n t op l a y ，a 1 1 de n o m o u s l yp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fm e a s u r ea 1 1 dc o n t r o lt e c h n o l o g y b u ts of 缸t 1 1 es t u d yo nt 王l ew i r e1e s ss e n s o rn e t w o r kb a s e do nb l u e t o o mw a sj u s tu n d e 刑a y ，a n dm a n yt e c h n o l o g i e si n v o l v e dw e r ei n c o m p l e t em a t u r e a i m e da tt l l en a t i o n a ln a t u ：r e 向n di t e m “d e v e l o p m e n to fl a s e rt r a c k i n ga p p a r a t u ss y s t e mb a s e do nt h ea b s o l u t ed i s t a i l c em e a s u r e m e n t c t i o nw i t hh i 曲p r e c i s i o n ”，w h i c hr e q u i r e dc o n t i n u o u sm e a s u r i n gt h ee n v i r o 啪e n tt e m p e r a t u r ew i t hh i g hp r e c i s i o ni ns o m es t a t e da r e a ，t h i st h e s i sp r o g r e s s e dt h es t u d yo nm ew i r e l e s st e m p e r a t u r es e n s o rn e t w o r ks y s t e mb a s e do nb 1 u e t o o t h ：m o s u yi n v o l v e dt h ed e s i g no ft h ew h o l es y s t e ms t m c t u r e ，t h ed e s i g no fm ew i r e l e s sn e t w o r kt o p o l o g ys t m c t u r e ，一i i i 四川大学硕士学位论文0 p t i m i z i n gt h ea r i t l l m e t i cf o rm u l t i h o pt r a l l s f e ro fw i r e l e s sn e t w o r k ，t h ed e s i g l lo ft 1 1 e、埘r e l e s sn o d ef o rt e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t ，t l l ed e s i g i lo fd a t ap r o c e s s i n gp l a t f o 锄e t c ，i tc o u l db er e c 印i “a t e da sf o l l o w s ：f i r s t l y ，d e s i g n e dt 1 1 ew h 0 1 es y s t e ms t m c t u r eb a s e do nt h eg e n e r a ls t l l l c t u r eo ft h e 埘r e l e s ss e n s o rn e t v v o r ka n dd e m a n d so ft h i si t e m i t sc o m p o s e do ft h ew i r e l e s st e m p e r a h l r em e a s u r e m e n tn e t w o r ka n dt 1 1 ed a t ap r o c e s s i n gp l a t f o h n ，l o t so fw i r e l e s ss e n s o rn o d e sm a d eu po ft 1 1 ef i r s t ，e a c ho n ew o u l dm e a s u r et 1 1 et e m p e r a t l l r ea n ds e n di tt ot h ep cf o rd a t ap r o c e s s i n g ；m es e c o n dw a sc o m p o s e do ft h ep ca i l dt l l ei m e r f a c eb e t 、v e e nt h ep ca n dt h ew i r e l e s st e r n p e r a t u r em e a s u r e m e mn e t w o r k s e c o n d l y ，d e s i g n e dt h e 谢r e l e s st e m p e r a t u r es e n s o rn e 铆o r kn o d eb a s e do nt h es y s t e md e m a 芏1 d ss u c ha st e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t向n c t i o n ，w i r e l e s st r m s f e r如n c t i o n ，r e m o v a b l ec 印a b i l 埘a n ds oo n ：e a c hn o d ew a sc o i n p o s e do ft e m p e r a n l r em e a s u r e m e ms y s t e m ，w i r e l e s st r a n s f e rm o d u l ea n ds e l f - s u p p l y i n gp o 、张r ，t 1 1 e 丘r s to fi tw a sc o m p l e t e db yt h ed i g i t a lt e m p e r a t u r es e n s o rd s16 2 4 植c hc o n t r o l l e db yt h es i n g l ec h i p ，t h es e c o n dr e a l i z e db yt h eb l u e t o o t hm o d u l e t m r d l y ，b a s e do nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew i r e l e s sn e t 、r ks u c ha st 1 1 ed i s t r i b u t i o n ，m u l t i h o pt r a i l s f e ra n do p t i m i z i n gt r a n s f e rp a ma 1 1 ds oo n ，d e s i g n e dm et o p o l o g ys t n l c t u r eo fw i r e l e s sn e t w o r k ，i t ss e l f o r g a m z e d 仃e em o d e lw i 也c e n t e rn e t r ks t n l c t u r e ，t h ec e n t e rw a st h en o d ew h i c hc o 衄e c t e dt 1 1 ep cw i t hw j r e ，i tw o u l di n i t i a t em ew h 0 1 ec o i u l e c t i o ni nt h ew i r e l e s sn e t w o r kb ys o r w a r ec o n 缸d l ，g a t h e rt l l ed a t af r o mo t h e rn o d e sa 1 1 ds e n dt ot h ed a t ap r o c e s s i n gp l a t f o n n f o u 删y ，b a s e do nc h a u r a c t e r i s t i c so ft h ew i r e l e s sn e t w o r k ，d e s i g n e dg e n e r a la d 印t i v ei df 1 0 m l a to fn o d e s ，w h i c hc o u l de n s u r et h a tt h ei do f e a c hn o d ew a st h eo n ea n do n l yi nt h ew i r e l e s sn e t 、o r k ，a 1 1 dc o u l dm a k es u r em ep h y s i c a l l o c a t i o no ft h en o d e 仔o mt l l ei d i t 酊s oa n a l y z e dt h ee ) ! ，p a n s i b i l i t yo ft h ei df o m l a t ，t h em o s tn o d e st h a tt h en e t v 旧r kc o u l db ec o n t a i n e d ，a n df i x e do nt l l ei d i o 铲a p l l i ci df l o m l a ti nt h i ss y s t e m f i n a l l y ，b a s e do nt 1 1 et o p o l o g ys t m c t u r eo ft h ew i r e l e s sn e t w o r kd e s j g n e db e f o r e、) l ，h i c hw a st h ec e n t e rs e l f o r g a l l i z e dt r e em o d e ln e t w o r ks t m c t u r e ，d e s i g n e d l es t m c t u r ee s t a b l i s h i n ga r i t h m e t i cf o rt h ew i r e l e s st e m p e r a t u r em e a s u r e m e n tn e t w o r k ：一i v 四川大学硕士学位论文c o n i l e c t i o n so ft h ew i r e l e s sn e 似o r kw o u l di i l i t i a t e db yt h ec e m e rn o d e ，a i l dm e ne x p a r l d e do u t 、a r dl i k et l l e 、v a v e ，t i l le v e r yn o d ew a sc o n n e c t e d b a s e do nm 确盯et e c l u l o l o g i e s ，t h ew i r e l e s st e m p e r a t u r em e a s u r e m e n tn e t 、o r ks y s t e mb a s e do nb 1 u e t o o t hd e s c r i b e di nt h i st h e s i sd e s i g n e dt l l et o p o l o g ys t r i l c t u r e ，i 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mb a s e do nt h ea b s o l u t ed i s t a l l c em e a s u r e m e n t 如n c t i o nw i mh i 曲p r e c i s i o n k e y w o r d s ：t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t ；w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ；b l u e t o o 1 ；n e 铆o r kt o p o l o g ys t r u c t u r e ；e s t a b l i s h 崩t h m e t i cv 一四川大学硕士学位论文声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四j i l 大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归四川大学所有，特此声明。作者签名：日期：丝年月丛日导师签名：矩日期：埠年上月必一6 6 四川大学硕士学位论文1 绪论1 1 无线传感器网络简介1 1 1 发展历史及应用前景2 0 世纪9 0 年代后期，随着网络、无线通信、嵌入式系统及传感器等技术的快速发展，无线传感器网络( w i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k 。w s n ) 开始出现。1 9 7 8 年美国国防部高级研究项目署( t h ed e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ，d a m ) a ) 在宾夕法尼亚洲匹兹堡的卡内基一梅隆大学( c a n l e g i e m e i l o nu n i v e r s i t ) ，i np i 钍s b u 础，p e r u l s y l v a l l i a ) 主办分布式传感器网络研讨会，提出对传感器网络的理论和实现方法展开研究【1 1 ，以用于军事防御系统1 2 ，3 。由于其巨大应用价值，该项目得到了美国军方的高度重视，并从2 0 世纪9 0 年代开始了一系列关于无线传感器网络的项目研究【4 】。无线传感器网络的初期研究主要致力于小型化、低功耗、低成本传感器节点的开发和研制，并提出了多种传感器节点和相应研究平台的构建方法；对无线传感器网络的通信协议进行了初步研究和设计，主要是将a dh o c 网络中的相关协议( 如8 0 2 1 1 等) 进行改进，增加对能耗有效性的支持。a dh o c 网络是一种常用的由传感器组和无线收发装置构成的无线传感网络，它由一系列可移动的传感器节点组成，是一种多跳的可移动自组织网络【5 。目前围绕无线传感器网络的研究已具有一定的深度和广度，将无线传感器网络作为通信网络而进行大量的通信协议设计和开发是研究的主要方向，并开发了许多的路由协议和媒体访问控制协议即m a c 协议；并对无线传感器网络的信息处理、数据查询、部署覆盖等及中间件的相关问题进行深入研究，包括与其它技术进行结合研究等。由于其巨大应用价值，w s n 引起世界许多国家的军事部门、工业界及学术界的极大关注，英国、日本、法国、意大利等各国也纷纷开展了该领域的研究工作。2 0 0 0 年起国际上开始出现有关无线传感器网络研究结果的报道 1 ，7 ，1 0 ，1 2 1 。2 0 0 3 年开始，有关无线传感器网络的国际会议和杂志大量涌现。在麻省理工学院2 0 0 3 年2 月版的技术评论杂志( t e c h n o l o g yr e v i e w ) 评出的对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术中，无线传感器网络技术位于首位【6 1 。国内研究起步较早的有中科院沈阳自动化所，中科院软件所、计算机所、四川大学硕士学位论文电子所，清华大学，国防科技大学，华中科技大学，哈尔滨工业大学等单位。国家对这方面的研究工作也相当重视，中国国家自然科学基金于2 0 0 3 年开始对无线传感器网络的研究进行了资助，并于2 0 0 4 年将其列为重点项目立项，而2 0 0 5 年又有两项相关项目作为重点项目立项。无线传感器网络研究的发展趋势将是着重于对网络的群体智能行为和实际应用的研究，但目前这方面的研究相对较少，大量的问题还未涉及到，未来的研究工作任重而道远。无线传感器网络的应用根据传感器感知信息的不同而可具有不同的结构和形式，传感器的感知信息包括湿度、温度、速度的大小和方向、压力、噪声、光强度、位移、气体或液体浓度等多种环境现象，因此无线传感器网络的应用包括军事、航空、防爆、反恐抗灾、交通、医疗、工业、商业、环境监测等领域，具有广阔的应用前景【7 】。1 1 2 无线传感器网络基本概念无线传感器网络操作系统t i n y o s 的研制者，j a s o nh i l l 博士将其定义为阴：s e n s i n g + c p u + r 。a d i o = t h o u s a n d so fp o t e m i a la p p l i c a t i o n哈尔滨工业大学的李建中教授将w s n 定义为：w s n 是由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者【l0 1 。传感器、处理器和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网络系统结构如图1 1 所示，传感器网络节点结构如图1 2 所忝锰1 0 ，1 1 ，1 2 】。图1 1 无线传感器网络系统结构图1 2 无线传感器网络节点结构四川大学硕士学位论文传感器模块由传感器及外围电路组成，输出数字信号。数据处理模块主要由c p u 、存储器和输入输出口等构成，c p u 可选用小型、低功耗的微处理器或将c p u 、存储器等集成一体的单片机。无线传输模块的构建方式因采用的无线网络不同而不同。目前无线网络有蜂窝移动通信网、无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e an e 佃o r k ，w l a n ) 、蓝牙( b l u e t o o t h ) 网络、移动专用网络( m o b i l e a dh o cn e t w o r k ，m a n e t ) 、h o m e r f家用局域网等。本文背景课题是国家自然科学基金项目基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制的子课题，主要任务是测量3 5 m 长度范围内多点的温度值，要求的无线传输距离不大，不必采用用于长距离无线传输的蜂窝移动通信网、无线局域网、移动专用网络等方式，而采用蓝牙、红外、无线局域网8 0 2 1 1 系列或h o m e i 江家用局域网等短距离无线通信技术更为可行。1 2 蓝牙的起源与发展随着人类步入数字化网络时代，数字化设备的互连需求越来越普遍，有线连接的不便也愈加明显，无线连接通信技术成为一种发展趋势。上世纪末，众多研究机构己开始致力于无线通信技术的开发研究，并出现了各种无线连接技术及无线局域网标准。1 9 9 4 年，爱立信( e r i c s s o n ) 移动通信公司推出了解决无线连线问题的技术开发计划，开始研究在移动电话及其附件之间实现低功耗、低成本无线接口的可行性，这是那一时期该领域最具代表性的事件之一。到1 9 9 7年i b m 、i n t e l ，n o k i a 及t o s h i b a 四家公司先后加入e r i c s s o n 的研究计划，共谋建立一种全球化的无线连接新手段，希望这种新手段在世界范围统一和发展，并将其定名为“蓝牙”( b l u e t o o t h ) 一位在1 0 世纪统一了北欧的丹麦国王的名字。五家公司于1 9 9 8 年5 月正式发起成立了“蓝牙特殊兴趣集团 ( b l u e t o o t hs p e c i a li n t e r e s tg r o u p ) ，简称b s i g ，负责开发无线协议规范并设定交互操作的需求，并于1 9 9 9 年7 月b s i g 公布了蓝牙规范1 o 版；1 9 9 9 年1 2 月公布了蓝牙规范1 o b 版；2 0 0 1 年4 月公布了1 1 版本蓝牙规范【1 3 】；2 0 0 5 年3 月发布蓝牙核心规范2 0 版f l4 1 。为实现其全球统一标准的目标，b s i g 在研发过程中采取了向产业界无偿转让该项专利技术的策吲1 3 】。1 9 9 9 年1 1 月美国4 家著名公司m o t o r o l a 、l u c e n t 、m i c r o s o r 及3 c o m 加盟四川大学硕士学位论文b s i g ，使b s i g 的发起成员达到9 个，蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持，并显示出更明朗的前景。由于蓝牙技术的优越技术性能和良好商业前景，b s i g的参加者迅速增加，现今已发展到3 0 0 0 家左右，几乎覆盖了全球的各个行业，包括通信、网络、外设、芯片、软件以及消费类电器、汽车制造等。据i n s t a t ( i n s t a t是全球著名的行业研究机构，是r e e de l s e v i e r 全球信息网络的一个战略部门，它与全球电子网络，海量技术资料库和众多业内专家紧密相连，凭借强大的信息资源平台支持，i n s t a t 在前瞻性新兴通讯领域内，针对每个重要的地域市场和尖端技术都有着极深的分析研究能力【l 副) 的报告，蓝牙已确立了作为语音和数据传输的短距离无线解决方案的地位，从2 0 0 0 年初蓝牙芯片发售以来，支持蓝牙产品( 包括电脑、手机、耳机、车载电话、网关等) 的产量和销量已连续四年翻番，2 0 0 5 年已达3 1 6 亿件，预计2 0 0 9 年将增长至8 6 6 亿件【l 引。蓝牙协议还在不断完善，2 0 0 7 年初，b s i g 发布了蓝牙协议2 1 版。该规范提高了数据传输速率并降低了功耗。随着最新标准的出台，蓝牙技术及蓝牙产品有着巨大的市场潜力，对蓝牙相关产品的研究应用相当广泛，国内己成立中国蓝牙技术产业联盟，推动蓝牙在中国的快速发展及广泛应用【l 。随着蓝牙技术协议的成熟和完善，蓝牙技术开始逐渐应用在测控领域中，国内外都有一些机构进行这方面的研究，并取得了一定进展。如美国c r o s s b o w 公司的c r o s s n e t提出了一个系统结构和软硬件集成解决方案来改变传统的传感器使用方式。利用蓝牙技术低成本、短距离无线链接的特点，可轻易构建无线传感器网络。这些无线网络可以链接成百上千个甚至上万个不同类型的传感器并接入主机系统，以分布式或主从式结构实现数据采集、分析的集成化。1 3 蓝牙的特点及优势1 3 1 蓝牙技术的特点蓝牙是一种开放的近距离无线数据通讯技术标准，根本目标就是实现局域网内部设备的无线连接【l8 1 。在蓝牙技术支持下，一定区域内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立无线网络链接。蓝牙通讯技术的特点：1 、蓝牙工作在全球开放的2 4 g h zi s m ( 即工业、科学、医学) 频段，使用该频段无须向无线电资源管理部门申请许可；一4 一四川大学硕士学位论文2 、蓝牙采用f h s s ( 跳频频谱扩展) 技术，把2 4 g h z 频段分成7 9 个跳频信道( h o pc h a n n e l ) ，每秒跳频1 6 0 0 次，每个频率持续6 2 5 “s ，具有很好的抗干扰能力；3 、可以建立临时性的对等链接，一台蓝牙主设备可同时与其它七台蓝牙从设备建立链接；4 、数据传输距离为1 0 m ，传输速率可达1 m b s ，可传输语音和数据；5 、在有效范围内可越过障碍物进行链接，无特别的通讯视角和方向要求；6 、低功耗、低成本、体积小【1 3 】。1 3 2 蓝牙与其他几种无线通信技术的比较除蓝牙之外，其他应用较广的短距无线通信技术有红外，无线局域网8 0 2 1l系列和h o m e i 疆家用局域网技术。上述技术虽然都能实现短距无线通信，但开发目的不同，应用领域也不尽相同。1 - 3 2 1 红外线红外线( i n f r a 鹏d ) 传输是目前应用较广泛的无线传输技术，红外接收器几乎成为所有笔记本电脑和手机的标准配置。但红外传输最大的问题是发送数据时两个红外接口必须正对，中间不能有阻挡，同时只允许两个设备互相链接等缺陷更使其应用范围大受影响。l - 3 2 2 无线局域网8 0 2 1 1 系列无线局域网i e e e 8 0 2 标准主要应用在公司企业或校园的局域网上，取代8 0 2 3 以太网有线传输介质通信协议，速率最高为2 m b s 。i e e e8 0 2 1 1 包含一系列针对不同频道的标准：8 0 2 1 1 、8 0 2 1 1 a 、8 0 2 1 1 b 和较新的8 0 2 1 1 9 ，及制定中的8 0 2 1 1 n 等。8 0 2 1 l 针对不同的物理介质定义了不同的物理层标准，目前制订了3 种物理介质的物理层标准，即窄带微波( n a r r o wb a n dm i c r o w a v e ) ，使用在共享频段2 4 g h z 无线电波及红外线( i n f r a r e d ) 三种标准，针对2 4 g h z 无线电波传输进一步制订了调频展频( f h s s ) 和直接序列展频( d s s s ) 标准。由于各自的优缺点，应用上采用窄带微波和红外线标准较少，相对普及的是采用2 4 g h z 无四川大学硕士学位论文线电波标准。由于i e e e 8 0 2 1 1 在传输速率和传输距离上已难满足技术发展的需要，8 0 2 1 1 已进一步更新为高速无线局域网标准i e e e 8 0 2 1 1 b 【1 9 ，2 0 ，2 1 ，2 2 1 。i e e e 8 0 2 1 1 b 只定义了直接序列展频d s s s 传输方式，直接序列展频d s s s将2 4 g h z 附近的频段( 2 4 g h z 2 4 8 3 5 g h z ) 切割成1 4 个频段，每个频段宽2 2 m h z ，每一个无线设备选用一个频道。该传输方式的缺点是若附近有设备使用相同的频道，彼此会相互干扰。i e e e 8 0 2 1 1 b 的发射功率较高，传输距离可达1 0 0 m ，最大的传输速率为1 1 m b s ，当无线电波受到干扰时，传输速率可调整为5 5 m b s 、2m b s 和1m b s 【2 3 j ，因此8 0 2 1 1 b 主要优点是传输速率高，而易受干扰或因受干扰存在而达不到理想速率则是其不足。由于标准i e e e8 0 2 1 1 a 与目前的8 0 2 1 1 b 标准之间，频段与调变方式不同使其相互不能兼容，i e e e8 0 2 1 1 a 的应用并不多。而8 0 2 1 1 9 标准建构在既有的i e e e8 0 2 1 1 b 实体层与媒体层标准基础上，完全兼容8 0 2 1 1 b 标准，传输速率和距离都大大提高，8 0 2 1 1 9 有望替代8 0 2 1 1 b 成为无线局域网新的主流标准【2 4 】，但在8 0 2 1 1 9 发布半年后，i e e e 宣布成立一个n 小组，研究下一代高速无线局域网标准。按照i e e e 的规划，i e e e 1 1 n 标准产品将拥有高达5 4 0 m b s 的传输速率。目前为止，已推出8 0 2 1 1 n 标准第二代草案，虽已推出依照草案标准的产品，但草案传输速率距规划的5 4 0 m b s 甚远，因此8 0 2 1 1 n 标准正式版尚处于争论之中，正式推广使用尚未提上议事日程【2 5 1 。1 3 2 3h o m e i 强家用局域网技术h o m e r f 是一套家庭网络无线电标准，其目的与蓝牙相似，是为了将家庭中的各种设备，包括电话，计算机，电视机，电冰箱等都以无线电波互相链接起来，建立个人局域网。h o m e i 讧的工作频段是2 4 g h z ，支持数据和语音，并且也采用跳频频谱扩展技术，不过每秒的跳跃次数为5 0 次，其传输速率有可调制的1 m b s 和2 m b s ，传输距离可达5 0 m ，节点个数可达1 2 7 个【2 们。在h o m e r f2 x 标准中，采用了w b f h ( w i d eb a l l df r e q u e n c yh o p p i n g ，宽带调频) 技术来增加跳频带宽，由原来的1 m h z 跳频信道增加到3 m h z 、5 m h z ，跳频的速率也增加到7 5 跳秒，数据峰值达1 0 m b p s 。h o m e r f 提供了对流媒体( s t r e 锄m e d i a )真正意义上的支持。在h o m e i u 标准中流媒体具有高级别的优先权，并采用了带有优先权的重发机制，这样就实现了实时播放流媒体所需的带宽、低干扰、一6 一四川大学硕士学位论文低误码【2 7 】。不过由于h o m e i 讧技术没有公开，目前只有几十家企业支持，在抗干扰等方面相对于其他技术而言尚有欠缺，而且在功能上过于局限家庭应用，与办公领域已取得广泛应用的8 0 2 1 1 b 兼容性差【2 6 1 ，这些因素阻碍了该技术的普及，加上h o m e r f 标准推出后，后续研发与技术升级进展迟缓，因此它始终没有得到广泛的应用，未能在无线通信领域发挥应有的作用。2 0 0 3 年1 月7 日，h o m e i 强工作组前任主席及p r o x i m 公司产品营销主管宣布，今后h o m e r f 工作组将停止研发和推广h o m e r f 规范【2 引。h o m e r f 从此走完了它的历史征途，成为无线通信技术应用领域的过眼烟云。1 3 3 蓝牙的优势红外相对蓝牙的主要优点是价格低，适合短距离视距无线传输，但蓝牙较红外传输有更多的优点，例如可以同时和七个蓝牙设备相链接、通过调整发射功率使传输距离达1 0 1 0 0 m 、可以较好的解决安全性问题、传输没有特别的通讯视角和方向要求等，很可能将来取红外而代之，成为普及的无线通信技术。与蓝牙相比较，i e e e 8 0 2 不能进行语音传输。蓝牙协议常用距离是1 0 米，也就是个人区域网络。而i e e e 8 0 2 是构筑较大距离的高速局域网，适用于建筑物之间，替代一些小型的有线局域网。因此，蓝牙与i e e e 8 0 2 标准的针对性有较大的不同：未来i e e e 8 0 2 系列更适于在多台计算机同时与因特网高速链接，而蓝牙则适用于将个人周围所有的电子设备互相链接，建立区域性的短距离局域网。通过与其他几种无线技术比较及蓝牙的特点可知，蓝牙的优势之一在于多设备自动组网，且是短距离局域网，包括办公、家庭的个人局域网，也可用于工业局域网络等。几台蓝牙设备链接成一个微微网，微微网是蓝牙最基本的一种网络形式。多个微微网在时间和空间上相互重叠而构成的更加复杂的网络拓扑结构被称为散射网。目前蓝牙组网的相关规范只提供了对微微网的支持，还未定义对散射网的支持，但由于散射网的潜在优势，随着蓝牙技术的进一步完善，蓝牙散射网得到迅速发展将是必然趋势。优势之二是b s i g 无偿转让专利的策略，该策略对蓝牙技术发展和普及有很大的支持作用，如向中国提供中文版蓝牙规范，推动了蓝牙在亚太地区的发展【2 9 1 。由于蓝牙技术的发展时间尚短，目前的应用主要在于手机、笔记本电脑、一1 一四川大学硕士学位论文汽车、数码相机、便携式游戏机、便携式m p 3 播放机等个人局域网方面，在工业控制、生产、测试等工业局域网的应用较少，但可以预见，在不久的将来工业领域将成为蓝牙技术的主要应用领域之一，而蓝牙易于组网的优势将在无线测控网络中得到更充分的展示。综合比较上述无线技术的特点，本课题采用蓝牙技术构建无线传输网络。1 4 课题的来源和任务描述1 4 1 课题的来源本课题来源于国家自然科学基金项目基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制。该项目基于高精度、大尺寸绝对测量技术，研发新型具备高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统。激光跟踪仪系统采用一个双纵模激光源，通过自动判别两个纵模的拍频正弦波节点和精确测量节点到被测点距离计算出被测距离。具体测量原理是：根据测量系统用的双纵模激光拍频波长札，每隔九以有一个节点，只要能准确测出离测量起点和终点最近的两个节点，以及这两个节点到对应测量点的精确距离就得到所要求的测量结果。激光跟踪仪系统要达到的技术要求：l 、测量距离：3 5 米；2 、测量精度：2 5 删1 0 m 。该系统要满足大尺寸，高精度的要求，系统精度直接受码盘精度、轴系精度、电机控制精度及双纵模激光拍频波长札的精度影响，而双纵模激光拍频波长受环境温度影响较大，需根据温度对双纵模激光波长的影响关系对波长进行计算补偿以达到系统精度要求，因此对环境温度进行高精度监测是系统的关键环节之一。为此需要建立一个测温网络，对测量区域进行高精度的温度监测。又由于激光跟踪仪系统的应用多为大尺寸或室外，为便于携带，温度传感器网络采用无线链接，建立无线测温网络系统。1 4 2 课题任务描述课题的总体要求是在激光测距区域( 茎3 5 m ) 范