基于CDMA的无线传感器网络网关节点设计研究-开题报告

开题报告开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述1研究背景无线传感器网络是由传感器网络、无线通信网络与互联网组成的综合智能信息处理网络1，是信息领域最活跃的研究热点之一。其应用已经由军事国防领域扩展到环境监测、交通管理、医疗健康、工商服务和反恐抗灾等诸多领域，它是继因特网后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT技术之一，如果说因特网构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么，无线传感器网络将是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人与自然界的交互方式，未来的人们将通过遍布四周的传感器网络直接感知客观世界，从而极大地扩展网络的功能和人类认识世界的能力。目前国内的研究主要集中在无线传感器网络技术、通信协议和对一些感知数据查询处理技术2的研究，也有在设计传感器网络网关节点方面的部分成果，主要的研究对象是构成网关节点硬件上的不同选择和处理网关节点既要处理大量数据又要满足网络高速，低功耗、高效能要求之间的矛盾。2无线传感器网络概述无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内监测对象的信息，并发送给观察者3。无线传感器网络中网关节点是网络的控制中心，需完成的主要功能是主动扫描其覆盖范围的所有传感器节点，管理整个无线监测网络完整的路由表，接受来自其他节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后通无线的方式将有关信息发送给监测中心；同时又可以对监测中心所发的指令给予相应的处理。3国内外研究与发展现状无线传感网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其应用和发展将会给人们的生活和生产的各个领域但来深远的影响，各国都非常重视无线传感器网络的开题报告发展。2002年，英特尔实验室人员将处方药瓶大小的32个传感器连进互联网，以读出缅因州“大鸭岛”上的气候，评价海燕巢的条件，2003年第二季的时候，换用150个安有D型微型电池的第二代传感器，来评估这些鸟巢的条件3。上述这些传感器节点将数据传送到网关节点的时候，存在的最大缺点是网关节点的电源能量受限，一方面由于节点较小，节点的电池能量有限，另一方面由于处理数据量大，费电。所以传感器网关节点的电池能量限制是整个无线网络节点设计最关键的约束之一。2007年，在旧金山，200个联网的“微尘”节点部署在金门大桥上，这些微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离（在强风中可以精确到几ft）。当微尘检测出移动距离时，将信息通过无线网络传递出去，然后对数据进行分析处理2。“微尘”的网关采用了嵌入式处理器，使其在空闲的情况下耗能大大降低，从而延长网络生存期4，但是其计算和存储能力有限，不能进行复杂计算。目前国内研究无线传感器网络主要是用于远程环境监测5和远程医疗6-7帮助，其中也有不少单位对无线传感器网络网关节点设计进行了研究。2006年，浙江大学信息学院由网关的基本原理出发，提出了一种基于CDMA模块的无线传感器网络网关设计方案，它由WSN无线模块、控制模块以及CDMA无线模块组成。其中WSN模块包括WSN基带和WSNRF部件（ZigBee芯片），用于收发并处理WSN射频信号，并且按照IEEE802.15.4协议要求8完成WSN基带处理；控制模块采用了AT91RM9200微处理器；CDMA通信模块采用了Wavecom公司的Q23389。该网关节点的设计方案，较好地解决了WSN数据从采集到监控中心的传输问题，但是它仅仅停留在概念阶段，没有进一步实践测试。2007年，郑州信息工程大学，测试成功了一种嵌入式无线传感器网络网关节点的设计，它以低功耗嵌入式处理器AR91R40008为核心，uC/os-II为嵌入式实时操作系统，配以内置TCP/IP协议的GPRS模块作为网络数据出口以及TR3000无线收发模块，测试实现了高速的数据采集和可靠的数据传送，并能够较好地达到低功耗和实时性的要求4。但相较2006年的设计方案，该设计中运用的TR3000没有ZigBee芯片传输速率高，开题报告抗干扰性好。2008年，河南信息号电气重点实验室提实现了基于ARM9的无线传感器网络网关节点设计，以RAM9嵌入式处理器S3C2410为核心，ARMLinux为实时操作系统，并结合ZigBee模块JN5139和GPRS模块MC55完成了ZigBee和GPRS之间数据的透明转换，实现了采集数据的节点汇聚和远程转发10。但随着节点覆盖面的增加，使用GPRS网络接入，通信覆盖面空间和频率资源均受限。结合国内外研究现状，从实现的可行性出发，因为无线传感器网络节点的通讯范围受制于射频功率、频率的影响，作用距离较近，不能远程监控节点，而CDMA在有手机信号覆盖的地方都能实现数据传输。有多个无线传感器网络节点组成一个局部范围网络，带有CDMA数据传输模块的中心节点负责向远程控制中心传输所有的数据。这样，无线传感器网络系统的应用范围可大大扩展。4参考文献1居滋培,华闰褀,白凌.无限传感器网络节点的硬件设计J.上海理工大学学报,2009,31(6):599-6122王殊,阎毓杰,胡福平,屈晓旭.无线传感器网络的理论及应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2007,p:1-163李善仓,张克旺.无线传感器网络原理与应用M.北京:机械工业出版社,2008,p:213-2244杨奎武.嵌入式无线传感器网络网关节点的设计与实现J.重庆师范大学学报,2007,24(3):54-565赵宁社.嵌入式远程环境数据监控终端的控制系统设计与实现D.西安:西北大学硕士论文,20066尹占芳.基于CDMA的远程移动医疗D.山东:山东科技大学硕士论文,20037姜丽娜.基于ARM嵌入式系统的便携式医疗监护终端的设计与实现D.济宁:曲阜师范大学硕士论文,20078王俊生,蔡文澜.基于CC2431的无线传感器网络节点设计J.国外电子元器件,2007,11,p:21-239欧杰峰,刘兴华.基于CDMA模块的无线传感器网络网关的实现J.计算机工程,2007,33(1):115-11610崔光照,陈富强,张海霞等.基于RAM9的无线传感器网络网关节点设计J.计算机技术与应用,2008,11,p:115-118开题报告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1系统框图无线传感器网络体系结构中，对连接传感器网络和无线通信网络的网关节点的研究，从实现的角度对无线传感器网络网关提出基于CDMA模块的设计方案。系统框图如下图1-1所示：ZigBee芯片CC2430存储器ARM7控制器UART1UART2CDMA模块UART2电源管理模块图1-1无线传感器网络网关节点系统框图2问题以及拟定的解决方案对网关节点的设计研究包括两个方面：网关节点的硬件设计和网关节点软件编写。问题一：网关节点的硬件设计方案：结合国内外研究成果，硬件部分可以由数据采集模块（WSN的RF部分）、处理器和CDMA模块组成。数据采集模块采用处理速度较快的ZigBee芯片CC2430；使用ARM7嵌入式处理器，它基于ARM7TDMI核，最大的优点是配有高级节能电路，空闲模式下耗能很低，即便在不能更换电池的条件下也能使得网关节点长时间共工作，从而延长网络生存期；存储可以扩展两片SDRAM构建SDRAM存储器系统。问题二：如何实现采集电路板的应用程序实现方案：采集电路板是数据采集终端的核心，主要功能是将定时采集到的无线传感器网络中各节点的信息通过ZigBee网络传送到网关节点处，然后对数据进行一定程度的处理，这部分应用程序，运行在处理器上，使用IARWorkbench开发环境，对应用程序进行开发和下载。开题报告指导教师意见：