專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電子信息領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有靈活性和移動性、安裝便捷、易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)整、故障定位容易、易于擴展等諸多優(yōu)點，因此其發(fā)展十分迅速。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，選用ISM頻 段進(jìn)行無線通信，有著傳輸速率高的優(yōu)勢，但該頻段同時存在傳輸距離較近、穿透性差的缺 點。而SRD頻段的傳輸距離相對較遠(yuǎn)，對障礙物的穿透性能也較好，但也存在著傳輸速率 低，抗干擾性差的缺點。因此如何使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實地傳輸質(zhì)量自由地選擇不同的 頻段進(jìn)行實時組網(wǎng)并進(jìn)行傳輸，既能利用了高頻段的通信速率高，搞干擾強的電波特性，又 能利用低頻段傳輸通信傳輸距離遠(yuǎn)、穿透性強的電波特性，已是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中亟待解 決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié) 點，當(dāng)通信節(jié)點在高頻段受干擾時，節(jié)點可以選擇低頻段重新組建網(wǎng)絡(luò)，同樣通信節(jié)點在低 頻段通信受干擾時，節(jié)點可以選擇高頻段重新組建網(wǎng)絡(luò)，使得異頻各自的優(yōu)勢互補，解決無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，由電源、傳感器、主芯片、RFIC及外圍電路組 成；主芯片分別與電源、傳感器、RFIC、主芯片收發(fā)天線和外圍電路相連；RFIC分別與外圍 電路、RFIC收發(fā)天線相連；主芯片是MCU和RF收發(fā)電路的集成電路，是真正意義上的SoC 芯片，其大小僅為7mmX7mm，這樣就使得設(shè)備集成度高、外圍器件很少、外形很?。蛔鳛橐?款片上系統(tǒng)，能夠提供較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。主芯片的外圍電路主要由32MHz晶振、 32. 768KHz晶振、RF匹配網(wǎng)絡(luò)和天線組成。RFIC是SRD頻段收發(fā)電路的集成電路，外部只需 要26MHz晶振、RF匹配網(wǎng)絡(luò)和天線相關(guān)電路。主芯片和RFIC通過SPI接口進(jìn)行雙向通信。與普通節(jié)點相比，異頻通信節(jié)點在工作流程上需要改進(jìn)物理層的收發(fā)調(diào)度機制。 當(dāng)有上層數(shù)據(jù)或命令幀需要發(fā)送時，節(jié)點將依據(jù)待發(fā)送幀的類別及其上次發(fā)送的情況，選 擇ISM或者SRD頻段進(jìn)行發(fā)送。在接收端一側(cè)，同時打開ISM射頻模塊和SRD射頻模塊接 收中斷，當(dāng)收到數(shù)據(jù)或者命令幀時，將以相同的頻段發(fā)送應(yīng)答幀。此時，發(fā)送端判斷是否接 收到應(yīng)答幀，并據(jù)此判斷發(fā)送是否成功，如果沒有收到應(yīng)答幀，則重新返回到ISM/SRD頻段 選擇，并根據(jù)該次發(fā)送失敗的情況重新選擇頻段進(jìn)行發(fā)送。本發(fā)明的有益效果1、物理層的鏈路備份，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途W(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)節(jié)點在ISM 頻段上受干擾時，節(jié)點可以選擇SRD頻段重新添加入網(wǎng)絡(luò)。2、能根據(jù)傳輸質(zhì)量選擇頻段，即利用了高頻段的通信速率高、抗干擾強的電波特性，又利用了低頻段傳輸距離遠(yuǎn)、穿透性強的電波特性，使得異頻各自的優(yōu)勢互補。3、提高了組網(wǎng)的靈活性。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)先選擇ISM頻段添加網(wǎng)絡(luò)，如果節(jié)點能夠成 功添加到網(wǎng)絡(luò)中，就以該頻段速率進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如果節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)失敗，節(jié)點自動檢 測到鏈路失敗后，選擇SRD頻段添加網(wǎng)絡(luò)并在該頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。


圖1為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點的結(jié)構(gòu)原理圖；圖中1-主芯片收發(fā)天線；2-RFIC收發(fā)天線；圖2為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點的工作流程圖；圖3為相鄰的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點網(wǎng)絡(luò)工作原理圖；圖4為不相鄰的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點網(wǎng)絡(luò)工作原理具體實施例方式下面結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明如圖1所示，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點由電源、傳感器、主芯片、RFIC及 外圍電路組成；主芯片分別與電源、傳感器、RFIC、主芯片收發(fā)天線1和外圍電路相連；RFIC 分別與外圍電路、RFIC收發(fā)天線2相連；主芯片是MCU和RF收發(fā)電路的集成電路，是真正 意義上的SoC芯片，其大小僅為7mmX7mm，這樣就使得設(shè)備集成度高、外圍器件很少、外形 很?。蛔鳛橐豢钇舷到y(tǒng)，能夠提供較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。主芯片的外圍電路主要由 32MHz晶振、32. 768KHz晶振、RF匹配網(wǎng)絡(luò)和天線組成。RFIC是SRD頻段收發(fā)電路的集成電 路，外部只需要26MHz晶振、RF匹配網(wǎng)絡(luò)和天線相關(guān)電路。主芯片和RFIC通過SPI接口進(jìn) 行雙向通信。如圖2所示，與普通節(jié)點相比，異頻通信節(jié)點在工作流程上需要改進(jìn)物理層的收 發(fā)調(diào)度機制。當(dāng)有上層數(shù)據(jù)或命令幀需要發(fā)送時，節(jié)點將依據(jù)待發(fā)送幀的類別及其上次發(fā) 送的情況，選擇ISM或者SRD頻段進(jìn)行發(fā)送。在接收端一側(cè)，同時打開ISM射頻模塊和SRD射 頻模塊接收中斷，當(dāng)收到數(shù)據(jù)或者命令幀時，將以相同的頻段發(fā)送應(yīng)答幀。此時，發(fā)送端判 斷是否接收到應(yīng)答幀，并據(jù)此判斷發(fā)送是否成功，如果沒有收到應(yīng)答幀，則重新返回到ISM/ SRD頻段選擇，并根據(jù)該次發(fā)送失敗的情況重新選擇頻段進(jìn)行發(fā)送。相鄰的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點網(wǎng)絡(luò)工作原理如圖3所示，在該網(wǎng)絡(luò)中存在 7 — 5 — 2 — 0的路由，節(jié)點0、1、3、4、6、7為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普通通信節(jié)點，節(jié)點2、5為 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的異頻通信節(jié)點。正常情況下，網(wǎng)絡(luò)選擇ISM頻段進(jìn)行無線通信，節(jié)點7可 以通過該路由發(fā)送數(shù)據(jù)到0節(jié)點。但當(dāng)受到外部條件的影響，如電磁干擾、節(jié)點移動等導(dǎo)致 的距離變化，路由中5 — 2鏈路失效，如果按照普通的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議原則， 節(jié)點5將重新發(fā)起路由選擇過程，如選擇7 — 5 — 4— 1 — 0或7 — 5 — 6 — 3 — 0等路 由，這將會增大整個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)和減低效率。而異頻通信節(jié)點2和5的存在將減小重新發(fā) 起路由選擇的概率，異頻通信節(jié)點5通過重新選擇SRD頻段創(chuàng)建了 5 — 2的鏈路，保證了整 條路由的可靠通信。不相鄰的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點網(wǎng)絡(luò)工作原理如圖4所示，在該網(wǎng)絡(luò)中存 在7 — 5 — 2 — 0的路由，節(jié)點1、2、3、4、6、7為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普通通信節(jié)點，節(jié)點0、5為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的異頻通信節(jié)點。由于節(jié)點2為普通ISM頻段節(jié)點，因此在5 — 2的ISM 頻段鏈路不可用時，也不能建立5 — 2的SRD頻段鏈路。此時，節(jié)點5將發(fā)起路由選擇，并 選擇SRD頻段，由于SRD頻段的傳輸距離較ISM遠(yuǎn)，可以直接建立5 — O的鏈路，從而找到了 7 — 5 — 0的路由?？梢?，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入異頻通信節(jié)點，并當(dāng)已有路由失效時， 采用SRD頻段鏈路建立的路由選擇方法，將可能減小路由的跳數(shù)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。
以上的所述乃是本發(fā)明的具體實施例及所運用的技術(shù)原理，若依本發(fā)明的構(gòu)想所 作的改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應(yīng)屬本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，由電源、傳感器、主芯片、RFIC及外圍電路組成；主芯片分別與電源、傳感器、RFIC、主芯片收發(fā)天線(1)和外圍電路相連；RFIC分別與外圍電路、RFIC收發(fā)天線(2)相連；其特征在于，主芯片是MCU和RF收發(fā)電路的集成電路，集成了ISM頻段收發(fā)電路；RFIC是SRD頻段收發(fā)電路的集成電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，其特征在于，主芯片 和RFIC通過SPI接口進(jìn)行雙向通信，主芯片對RFIC配置相關(guān)射頻參數(shù)，控制RFIC工作狀 態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，其特征在于，外圍 電路由32MHZ晶振、32. 768MHZ晶振、26MHZ晶振、RF匹配網(wǎng)絡(luò)和天線相關(guān)電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，其特征在于，無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點優(yōu)先選擇ISM頻段添加入網(wǎng)絡(luò)并在該頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如果添加 失敗，選擇SRD頻段組建網(wǎng)絡(luò)并在該頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異頻通信節(jié)點，由電源、傳感器、主芯片、RFIC及外圍電路組成；主芯片分別與電源、傳感器、RFIC、主芯片收發(fā)天線和外圍電路相連；RFIC分別與外圍電路、RFIC收發(fā)天線相連；主芯片是MCU和RF收發(fā)電路的集成電路，集成了ISM頻段收發(fā)電路；RFIC是SRD頻段收發(fā)電路的集成電路。本發(fā)明的有益效果是1、物理層的鏈路備份，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途W(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；2、能根據(jù)傳輸質(zhì)量選擇頻段，既利用了高頻段的通信速率高、抗干擾強的電波特性，又利用了低頻段傳輸距離遠(yuǎn)、穿透性強的電波特性，使得異頻各自的優(yōu)勢互補；3、提高了組網(wǎng)的靈活性。
文檔編號H04W88/02GK101807936SQ20091009613
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者全劍敏, 吳光榮, 徐仁德, 章兢, 鄭石磊 申請人:中國電子科技集團公司第五十二研究所