基于TD-SCDMA的无线传感物联网汇聚节点(

基于TD-SCDMA的无线传感物联网汇聚节点项目建设书建设项目名称：基于TD-SCDMA的无线传感物联网汇聚节点建设单位：中国移动通信集团安徽有限公司马鞍山分公司一、建设项目的必要性和依据无处不在的网络改变了人们的工作、学习、生活和娱乐的方式，提高了效率，提升了品质。互联网和无线通信网络已成为人们获取信息和人际沟通的不可或缺的基础设施，这两种网络和物联网的结合，将会带来许多意想不到的效果。其最显著的特点，是使物品的供应链具备智能，是使各种物品在生产、流通、消费的各个过程都具备智能，直至使智能遍及整个生态系统，这不仅可以提高管理的效率，更重要的是大大提高了物品和各种自然资源使用的效率。由于2G时代传输速度慢，因此无线传输一直是困扰无线传感器网络大范围、长距离使用的瓶颈。传统的无线传感物联网由于每个通信节点的通信覆盖面小（采用RFID射频通信方式），节点间通信数据容量小，且汇聚节点必须将数据必须通过卫星传输到信息处理中兴，这种传输方式稳定性差，并且价格昂贵，因此一般只是理论上行得通，在实际使用中还未真正使用，造成这种物联网无法大范围推广使用。以上特点决定了只有将它与现有的移动通信网络基础设施相融合，才能大范围推广使用。但是由于2G时代传输速度慢，因此无线传输一直是困扰无线传感五联网络大范围、长距离使用的瓶颈。以上特点决定了只有将它与现有的支持长距离大容量的3G网络相融合，才能方便人们进行网络控制、管理和数据获取，进而最大限度地发挥其作用，因此需要改进无线传感物联网汇聚节点的通信方式。汇聚节点又称网关节点，位于物联网络节点和管理节点之间，它连接物联网内部网络和外部用户，是物联网络与现有的网络设施相融合的关键所在。因此在保留传统无线传感物联网的基础上，考虑怎样把汇聚节点的通信方式由传统的射频方式改为TD-SCDMA传输方式，以增大其长距离、大容量数据传递。二、技术方案1、节点系统组成：1）微控制器采用MSP430F425单片机。2）无线收发模块采用nFR905，通讯频率为433MHZ3）TD-SCDMA无线通讯模块采用TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求。4）其他部件：段式液晶屏、发光二极管、大容量稳压电容、锂电池等。图1即为节点系统组成结构。2、技术实现方式无线传感器网络内部仍然采用射频通信方式，各传感节点采集来的数据统一发送到汇聚节点。汇聚节点通过TD-SCDMA通信模块与移动通信网的基站连接，基站负责搜集传输网络送来的所有数据，发送到Internet，并将传感数据的日志保存到本地数据库中。用TD-SCDMA进行无线传输速度快，可以实时传输图像信息，而无线传感器网络可以实时采集节点周围的各类数字、图像信息。汇聚节点采用TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线通信模块实现，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换。无线传感器1无线传感器N……汇聚节点无线接受装置微控制器TD-CDMA模块计算机系统TD-CDMA接收处理装置收发平台信息处理数据库Internet基本电源图1汇聚节点硬件结构图图2基于TD-SCDMA的无线传感网络拓扑图基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点硬件结构如下：核心部件有微控制器、TD-SCDMA无线通讯模块和无线收发模块。图3即为基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点装置原理图。节点通过3.6V锂电池供电，通过3个LDO转换恒压或恒流信号，分别为射频芯片、MSP430处理器与TD模块供电；射频芯片接受到各簇首节点传来的数据后传给MSP430处理整合，融合数据再通过TD模块上传。图3基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点装置硬件原理图……无线传感器网络2无线传感器网络1无线传感器网络N汇聚节点传感器节点汇聚节点汇聚节点MSP4303.6V锂电池LDOLDOLDO采样输入TD模块根据汇聚节点所要完成的任务，节点既要完成环境信息的采样，又要将采集到的数据通过无线网络传输，还要满足特种环境下的应用需求，所以软件结构必须具备多功能、可扩展和配置灵活等特点，汇聚节点软件结构如图4所示。软件结构如下：微控制器的内部程序主要完成一下功能，1）无线收发模块的状态检测、串口通讯；2）传感器采集信息校验，多次接收取其平均值；3）信息编码与解码；4）TD-SCDMA无线通讯模块的启动、状态接侧；5）与TD-SCDMA无线通讯模块的串口通讯；6）通讯异常状态处理。图4汇聚节点软件结构图在进行TD-SCDMA数据传输之前，无线收发模块首先要建立TCP连接过程，同时汇聚节点运行服务程序，写入指令后，无线收发模块将返回“OK’’信息，注意这个信息并不代表连接成功，只代表指令的输入正确。基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点数据传输流程如图5所示。应用程序QoS能量管理安安全机制拓扑管理路由拓扑生成信道接入设备管理A/D转换驱动无线收发驱动声音温度磁光无线模块应用层网络层数据链路层物理层加速度图5汇聚节点数据传输流程图接收结构体设置nRF重新回到空闲判断接收信息的大小有效性接收信息有效有效信息更新有效信息发送到TD传输否否是向通信接口写入连接指令向通信接口写入发送数据的指令写入存储汇聚节点数据的数组连接初始化向TD通信接口写入关闭指令是三、投资估算需求地点需求单价数量合计集团客户部微控制器采用MSP430F425单片机12001集团客户部无线收发模块采用nFR9058001集团客户部TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块15001集团客户部段式液晶屏、发光二极管、大容量稳压电容、锂电池等5001集团客户部汇聚节点软件60001合计10000四、资金来源2010年马鞍山分公司创新专项基金。五、建设进度安排2010年12月初配置到位，2010年2月底前完成工程验收。