无线传感器网络网关 无线传感器网络嵌入式网关的研究与设计
时间：2019-03-30 03:32:47 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着嵌入式技术、传感器技术、无线射频技术、自组网等技术的进步，无线传感器网络得到飞速发展。由于无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，因此它已经成为了一个重要的研究领域。该文分析设计了一种无线传感器网络网关，对网关节点的通信性能及网关的WEB应用做了相关测试。测试结果表明，网关节点符合预定的设计目标，设计较为合理，有良好的实用价值。
关键词：无线传感器网络；网关；ARM；嵌入式系统；Linux操作系统
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)16-3829-05
Design of Wireless Sensor Network Nodes for Environment Monitoring
YANG Xu1,2, ZHOU Guo-xiang1
（1.School of Computer&Information, Hefei University of Technology, Heifei 230009, China ; 2.Anhui Vocational college of Electronics& Information Technology, Bengbu 233000, China）
Abstract: Recent advances in embedded technology, sensor technology, wireless radio frequency and ad hoc network have motivated the development of wireless sensor networks. Because wireless sensor network is being used in a wide variety applications，it becomes a new re? search area of modern technology. The system of gateway are tested the communication performance and WEB applications in the end of paper. Test results show that the design of the gateway have meet the intended design goals and have extensive application foreground and value of utilization.
Key words: Wireless Sensor Network(WSN); Gateway; ARM; Embedded System; Linux Operation System
无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)，是一种新兴的环境信息感知技术，作为沟通客观物理世界和主观世界的载体与桥梁，无线传感器网络将是一种全新的信息获取和处理技术。
在无线传感器网络中，物理节点主要可以分为两种：普通传感器节点和网关节点。
普通传感器节点，一般情况是一个微型嵌入式系统，通过携带能量有限的电池进行供电，因此其处理能力、通信能力、存储能力和生存能力相对较弱。
与普通节点相比，网关节点的计算处理能力、通信能力、存储能力及生存能力较强。网关节点主要负责连接无线传感器网络与Internet等外部网络，从而实现异构网络之间的通信。传感器网络的网关节点是一种特殊的节点，它负责连接无线传感器网络与其他异构网络，并使传感器网络可以与其之外的骨干网络进行通信。
一般来说，网关是传感器网络中最大的汇聚点，需要处理大量的数据，并按照相应的要求把数据转发到不同的通信模块上去。因此，网关节点对数据计算处理能力和信息的存储能力的要求比普通传感器节点更高。该文设计了一种基于嵌入式系统的无线传感器网络网关节点，使传感器网络中的各种数据信息可以通过Internet网络传输到远程终端，用户还可以远程登录位于网关节点上的嵌入式WEB服务器查询相关信息。因此，本网关节点能够改善无线传感器网络的远程数据传输及汇聚问题，使管理人员能够及时准确地在远程终端上获取无线传感器网络的数据信息，并通过远程终端即可以对数据进行分析、处理等操作。
1嵌入式网关节点的设计相关技术
1.1网关节点的设计原理
网关节点[1]是一个特殊并且及其重要的节点，传感器节点可以通过它与外部网络进行通信。同样，外部网络中的用户也可以通过网关节点来对传感器网络内部的各个传感器节点进行查询和操作。因此，网关节点最重要的任务就是负责两个不同网络之间的数据转换，实现传感器网络与外部网络之间的信息交互。
在无线传感器网络中，节点之间的数据传输一般采用短距离的无线通信技术，因此传感器节点与网关通信时，使用的是基于共享信道的无线通讯方式。
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术。它既有IEEE802.15.4省电、简单、成本低的优点，又增加了网络层、安全层和应用层，应用前景广阔。
图8网关Ping PC的演示图
两个图的对比表明，网关节点的以太网性能比较优秀，在单个数据包为65500字节的较重负载下，没有丢包，时延平均且较小，没有产生过大的抖动。图9网关节点WEB平台欢迎页面
图9为网关节点WEB服务器的登陆页面。我们在把事先设置的用户名和密码输入进去就可以看到传感器网络中各个节点的相关信息了。
图10为网关节点WEB平台查询页面。在这个页面，远端用户可以看到传感器网络里面每个节点的信息采集数据和网关节的相关信息。图10网关节的WEB查询页面
我们通过对网关节点的WEB登陆页面重复刷新来验证WEB平台的稳定性。测试结果表明，重复刷新40次，WEB平台正常登陆，未出现死机，查询数据较快。这些都说明网关节点的WEB平台完全达到了预期目标。
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